4.1: Terra e céu

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Descreva como a latitude e a longitude são usadas para mapear a Terra
• Explique como a ascensão e a declinação retas são usadas para mapear o céu

Para criar um mapa preciso, um cartógrafo precisa de uma forma única e simples de identificar a localização de todas as principais características do mapa, como cidades ou pontos turísticos naturais. Da mesma forma, os cartógrafos astronômicos precisam de uma maneira única e simples de identificar a localização de estrelas, galáxias e outros objetos celestes. Nos mapas da Terra, dividimos a superfície da Terra em uma grade, e cada local nessa grade pode ser facilmente encontrado usando suas coordenadas de latitude e longitude. Os astrônomos têm um sistema similar para objetos no céu. Aprender sobre isso pode nos ajudar a entender o movimento aparente de objetos no céu de vários lugares da Terra.

Localizando lugares na Terra

Vamos começar fixando nossa posição na superfície do planeta Terra. Conforme discutimos em Observando o Céu: O Nascimento da Astronomia, o eixo de rotação da Terra define as localizações de seus pólos norte e sul e de seu equador, a meio caminho entre eles. Duas outras direções também são definidas pelos movimentos da Terra: leste é a direção em direção à qual a Terra gira e oeste é o oposto. Em quase todos os pontos da Terra, as quatro direções — norte, sul, leste e oeste — estão bem definidas, apesar do fato de nosso planeta ser redondo e não plano. As únicas exceções estão exatamente nos polos norte e sul, onde as direções leste e oeste são ambíguas (porque os pontos exatamente nos pólos não giram).

Podemos usar essas ideias para definir um sistema de coordenadas anexado ao nosso planeta. Esse sistema, como o layout das ruas e avenidas em Manhattan ou Salt Lake City, nos ajuda a descobrir onde estamos ou queremos ir. As coordenadas em uma esfera, no entanto, são um pouco mais complicadas do que aquelas em uma superfície plana. Devemos definir círculos na esfera que desempenham o mesmo papel da grade retangular que você vê nos mapas da cidade.

Um grande círculo é qualquer círculo na superfície de uma esfera cujo centro está no centro da esfera. Por exemplo, o equador da Terra é um grande círculo na superfície da Terra, a meio caminho entre os pólos norte e sul. Também podemos imaginar uma série de grandes círculos que passam pelos polos norte e sul. Cada um dos círculos é chamado de meridiano; cada um deles é perpendicular ao equador, cruzando-o em ângulos retos.

Qualquer ponto na superfície da Terra terá um meridiano passando por ele (Figura\(\PageIndex{1}\)). O meridiano especifica a localização leste-oeste, ou longitude, do local. Por acordo internacional (e foram necessárias muitas reuniões para que os países do mundo concordassem), a longitude é definida como o número de graus de arco ao longo do equador entre seu meridiano e aquele que passa por Greenwich, Inglaterra, que foi designado como o Meridiano Principal. A longitude do Meridiano Principal é definida como 0°.

Figura\(\PageIndex{1}\): Usamos latitude e longitude para encontrar cidades como Washington, DC, em um globo. Latitude é o número de graus ao norte ou sul do equador, e longitude é o número de graus a leste ou oeste do Meridiano Principal. As coordenadas de Washington, DC são 38° N e 77° W.

Por que Greenwich, você pode perguntar? Todo país queria que 0° de longitude passasse por sua própria capital. Greenwich, o local do antigo Observatório Real (Figura\(\PageIndex{2}\)), foi selecionada porque estava entre a Europa continental e os Estados Unidos e porque foi o local para grande parte do desenvolvimento do método para medir a longitude no mar. As longitudes são medidas a leste ou a oeste do meridiano de Greenwich de 0° a 180°. Como exemplo, a longitude da referência relojoeira do Observatório Naval dos EUA em Washington, DC, é de 77,066° W.

Figura\(\PageIndex{2}\): No ponto zero de longitude acordado internacionalmente no Observatório Real de Greenwich, os turistas podem ficar de pé e cruzar a linha exata em que a longitude “começa”. (crédito à esquerda: modificação da obra por “pdbreen” /Flickr; crédito à direita: modificação da obra de Ben Sutherland)

Sua latitude (ou localização norte-sul) é o número de graus de arco em que você está longe do equador ao longo do seu meridiano. As latitudes são medidas ao norte ou ao sul do equador de 0° a 90°. (A latitude do equador é 0°.) Como exemplo, a latitude do ponto de referência do Observatório Naval mencionado anteriormente é 38,921° N. A latitude do Pólo Sul é 90° S e a latitude do Pólo Norte é 90° N.

Localizando lugares no céu

As posições no céu são medidas de uma forma muito semelhante à forma como medimos as posições na superfície da Terra. Em vez de latitude e longitude, no entanto, os astrônomos usam coordenadas chamadas declinação e ascensão reta. Para indicar as posições dos objetos no céu, geralmente é conveniente usar a esfera celeste fictícia. Vimos em Observando o Céu: O Nascimento da Astronomia que o céu parece girar em torno de pontos acima dos pólos norte e sul da Terra — pontos no céu chamados pólo norte celeste e pólo sul celeste. A meio caminho entre os polos celestes e, portanto, a 90° de cada polo, está o equador celeste, um grande círculo na esfera celeste que está no mesmo plano do equador da Terra. Podemos usar esses marcadores no céu para configurar um sistema de coordenadas celestes.

A declinação na esfera celeste é medida da mesma forma que a latitude é medida na esfera da Terra: do equador celeste em direção ao norte (positivo) ou sul (negativo). Portanto, Polaris, a estrela próxima ao pólo norte celeste, tem uma declinação de quase +90°.

A ascensão reta (RA) é como a longitude, exceto que, em vez de Greenwich, o ponto escolhido arbitrariamente onde começamos a contar é o equinócio vernal, um ponto no céu onde a eclíptica (o caminho do Sol) cruza o equador celeste. A RA pode ser expressa em unidades de ângulo (graus) ou em unidades de tempo. Isso ocorre porque a esfera celeste parece girar ao redor da Terra uma vez por dia, à medida que nosso planeta gira em torno de seu eixo. Assim, os 360° de RA necessários para contornar a esfera celeste podem muito bem ser ajustados para 24 horas. Então, cada 15° de arco é igual a 1 hora de tempo. Por exemplo, as coordenadas celestes aproximadas da estrela brilhante Capella são RA 5h = 75° e declinação +50°.

Uma forma de visualizar esses círculos no céu é imaginar a Terra como uma esfera transparente com as coordenadas terrestres (latitude e longitude) pintadas nela com tinta escura. Imagine a esfera celeste ao nosso redor como uma bola gigante, pintada de branco por dentro. Então imagine-se no centro da Terra, com uma lâmpada brilhante no meio, olhando para o céu através de sua superfície transparente. Os pólos terrestres, o equador e os meridianos serão projetados como sombras escuras na esfera celeste, nos dando o sistema de coordenadas no céu.

Você pode explorar uma variedade de animações básicas sobre coordenadas e movimentos no céu neste site interativo da ClassAction. Clique na guia “Animações” para obter uma lista de opções. Se você escolher a segunda opção no menu, poderá brincar com a esfera celeste e ver a RA e a declinação definidas visualmente.

A Terra Girando

Por que muitas estrelas se erguem e se põem a cada noite? Por que, em outras palavras, o céu noturno parece girar? Vimos que a rotação aparente da esfera celeste pode ser explicada por uma rotação diária do céu em torno de uma Terra estacionária ou pela rotação da própria Terra. Desde o século XVII, é geralmente aceito que é a Terra que gira, mas somente no século XIX o físico francês Jean Foucault forneceu uma demonstração inequívoca dessa rotação. Em 1851, ele suspendeu um pêndulo de 60 metros pesando cerca de 25 quilos da cúpula do Panteão em Paris e fez o pêndulo balançar uniformemente. Se a Terra não estivesse girando, não teria havido alteração no plano de oscilação do pêndulo e, portanto, ela teria continuado traçando o mesmo caminho. No entanto, depois de alguns minutos, Foucault pôde ver que o plano de movimento do pêndulo estava girando. Foucault explicou que não era o pêndulo que estava se deslocando, mas sim a Terra que estava girando abaixo dele (Figura\(\PageIndex{3}\)). Agora você pode encontrar esses pêndulos em muitos centros científicos e planetários ao redor do mundo.

Figura\(\PageIndex{3}\): Conforme a Terra gira, o plano de oscilação do pêndulo de Foucault muda gradualmente de modo que, ao longo de 12 horas, todos os alvos do círculo na borda da plataforma de madeira sejam derrubados em sequência.

Você consegue pensar em outras evidências que indicam que é a Terra e não o céu que está girando? (Veja a Seção 4.E, Atividade Colaborativa de Grupo A no final deste capítulo.)

Conceitos principais e resumo

O sistema terrestre de latitude e longitude faz uso dos grandes círculos chamados meridianos. A longitude é definida arbitrariamente em 0° no Observatório Real de Greenwich, Inglaterra. Um sistema de coordenadas celestes análogo é chamado de ascensão reta (RA) e declinação, com 0° de declinação começando no equinócio vernal. Esses sistemas de coordenadas nos ajudam a localizar qualquer objeto na esfera celeste. O pêndulo de Foucault é uma forma de demonstrar que a Terra está girando.

Glossário

declinação

a distância angular ao norte ou ao sul do equador celeste

ótimo círculo

um círculo na superfície de uma esfera que é a curva de interseção da esfera com um plano passando por seu centro

meridiano

um grande círculo na esfera terrestre ou celeste que passa pelos pólos

ascensão reta

a coordenada para medir as posições leste-oeste dos corpos celestes; o ângulo medido para o leste ao longo do equador celeste, do equinócio vernal até a circunferência das horas passando por um corpo