4.3: Mantendo o tempo
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Objetivos de
Ao final desta seção, você poderá:
- Explique a diferença entre o dia solar e o dia sideral
- Explique a hora solar média e o motivo dos fusos horários
A medição do tempo é baseada na rotação da Terra. Durante a maior parte da história humana, o tempo foi contado pelas posições do Sol e das estrelas no céu. Só recentemente os relógios mecânicos e eletrônicos assumiram essa função de regular nossas vidas.
A duração do dia
A unidade astronômica de tempo mais fundamental é o dia, medido em termos da rotação da Terra. Há, no entanto, mais de uma forma de definir o dia. Normalmente, pensamos nisso como o período de rotação da Terra em relação ao Sol, chamado de dia solar. Afinal, para a maioria das pessoas, o nascer do sol é mais importante do que a hora do nascimento de Arcturus ou de alguma outra estrela, então ajustamos nossos relógios para alguma versão da Hora do Sol. No entanto, os astrônomos também usam um dia sideral, que é definido em termos do período de rotação da Terra em relação às estrelas.
Um dia solar é um pouco mais longo do que um dia sideral porque (como você pode ver na Figura) a Terra não apenas gira, mas também se move ao longo de seu caminho ao redor do Sol em um dia. Suponha que comecemos quando a posição orbital da Terra é no dia 1, com o Sol e alguma estrela distante (localizada na direção indicada pela longa seta branca apontando para a esquerda), diretamente alinhados com o zênite do observador na Terra. Quando a Terra completa uma rotação em relação à estrela distante e está no dia 2, a seta longa aponta novamente para a mesma estrela distante. No entanto, observe que, devido ao movimento da Terra ao longo de sua órbita do dia 1 ao 2, o Sol ainda não atingiu uma posição acima do observador. Para completar um dia solar, a Terra deve girar uma quantidade adicional, igual a 1/365 de uma volta completa. O tempo necessário para essa rotação extra é de 1/365 de um dia, ou cerca de 4 minutos. Portanto, o dia solar é cerca de 4 minutos a mais do que o dia sideral.
Como nossos relógios comuns são ajustados para a hora solar, as estrelas nascem 4 minutos mais cedo a cada dia. Os astrônomos preferem o tempo sideral para planejar suas observações porque nesse sistema, uma estrela nasce na mesma hora todos os dias.
Exemplo\(\PageIndex{1}\): tempo sideral e tempo solar
O Sol faz um círculo completo no céu aproximadamente a cada 24 horas, enquanto as estrelas fazem um círculo completo no céu em 4 minutos a menos, ou 23 horas e 56 minutos. Isso faz com que as posições das estrelas em uma determinada hora do dia ou da noite mudem ligeiramente a cada dia. Como as estrelas nascem 4 minutos mais cedo a cada dia, isso resulta em cerca de 2 horas por mês (4 minutos × 30 = 120 minutos ou 2 horas). Portanto, se uma constelação em particular nascer ao pôr do sol durante o inverno, você pode ter certeza de que, no verão, ela nascerá cerca de 12 horas antes, com o nascer do sol, e não será tão facilmente visível no céu noturno. Digamos que esta noite a estrela brilhante Sirius nasça às 19h de um determinado local, de modo que, à meia-noite, esteja muito alta no céu. Em que momento Sirius crescerá em três meses?
Solução
Em três meses, Sirius crescerá mais cedo em:
\[ 90 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} = 360 \text{ minutes or } 6 \text{ hours} \nonumber\]
Ele nascerá por volta das 13h e estará alto no céu por volta do pôr do sol, em vez da meia-noite. Sirius é a estrela mais brilhante na constelação de Canis Major (o cachorro grande). Portanto, alguma outra constelação será visível de forma proeminente no alto do céu nesta data posterior.
Exercício\(\PageIndex{1}\)
Se uma estrela nascer às 20h30 desta noite, aproximadamente a que horas ela nascerá daqui a dois meses?
- Responda
-
Em dois meses, a estrela nascerá:
\[ 60 \text{ days} \times \frac{4 \text{ minutes}}{ \text{ day}} =240 \text{ minutes or } 4 \text{ hours earlier.} \nonumber\]
Isso significa que ele nascerá às 16h30.
Hora solar aparente
Podemos definir a hora solar aparente como o tempo contado pela posição real do Sol no céu (ou, durante a noite, sua posição abaixo do horizonte). Esse é o tipo de tempo indicado pelos relógios de sol e provavelmente representa a primeira medida de tempo usada pelas civilizações antigas. Hoje, adotamos o meio da noite como ponto de partida do dia e medimos o tempo em horas decorridas desde a meia-noite.
Durante a primeira metade do dia, o Sol ainda não atingiu o meridiano (o grande círculo no céu que passa pelo nosso zênite). Designamos essas horas como antes do meio-dia (antes do meridiem, ou a.m.), antes que o Sol alcance o meridiano local. Costumamos começar a numerar novamente as horas após o meio-dia e as designamos até p.m. (pós-meridiema), depois que o Sol atinge o meridiano local.
Embora a hora solar aparente pareça simples, ela não é realmente muito conveniente de usar. A duração exata de um dia solar aparente varia ligeiramente durante o ano. O progresso do Sol para o leste em sua jornada anual ao redor do céu não é uniforme porque a velocidade da Terra varia ligeiramente em sua órbita elíptica. Outra complicação é que o eixo de rotação da Terra não é perpendicular ao plano de sua revolução. Assim, o tempo solar aparente não avança a uma taxa uniforme. Após a invenção dos relógios mecânicos que funcionam a uma taxa uniforme, tornou-se necessário abandonar o aparente dia solar como a unidade fundamental do tempo.
Tempo solar médio e tempo padrão
Em vez disso, podemos considerar o tempo solar médio, que se baseia no valor médio do dia solar ao longo do ano. Um dia solar médio contém exatamente 24 horas e é o que usamos em nossa cronometragem diária. Embora o tempo solar médio tenha a vantagem de progredir a uma taxa uniforme, ele ainda é inconveniente para uso prático porque é determinado pela posição do Sol. Por exemplo, o meio-dia ocorre quando o sol está acima da cabeça. Mas como vivemos em uma Terra redonda, a hora exata do meio-dia é diferente à medida que você muda sua longitude movendo-se para o leste ou oeste.
Se a hora solar média fosse rigorosamente observada, as pessoas que viajavam para o leste ou oeste teriam que reiniciar seus relógios continuamente à medida que a longitude mudava, apenas para ler a hora média local corretamente. Por exemplo, um viajante viajando de Oyster Bay em Long Island para Nova York teria que ajustar o tempo da viagem pelo túnel do East River porque o horário de Oyster Bay é, na verdade, cerca de 1,6 minutos mais avançado do que o de Manhattan. (Imagine uma viagem de avião em que uma comissária de bordo desagradável entra no interfone a cada minuto, dizendo: “Reinicie o relógio para o horário local”.)
Até o final do século XIX, todas as cidades e vilas dos Estados Unidos mantiveram seu próprio tempo médio local. Com o desenvolvimento das ferrovias e do telégrafo, no entanto, ficou evidente a necessidade de algum tipo de padronização. Em 1883, os Estados Unidos foram divididos em quatro fusos horários padrão (agora seis, incluindo Havaí e Alasca), cada um com um sistema de tempo dentro desse fuso.
Em 1900, a maior parte do mundo estava usando o sistema de 24 fusos horários globais padronizados. Dentro de cada zona, todos os lugares mantêm o mesmo horário padrão, com a hora solar média local de uma linha de longitude padrão passando mais ou menos pelo meio de cada zona. Agora, os viajantes reiniciam seus relógios somente quando a mudança de horário chega a uma hora inteira. O horário padrão do Pacífico é 3 horas antes do horário padrão do leste, um fato que se torna dolorosamente óbvio na Califórnia quando alguém na Costa Leste esquece e liga para você às 5:00 da manhã.
Globalmente, quase todos os países adotaram um ou mais fusos horários padrão, embora uma das maiores nações, a Índia, tenha se estabelecido em meia zona, ficando 5,5 horas do padrão de Greenwich. Além disso, vários países grandes (Rússia, China) usam oficialmente apenas um fuso horário, então todos os relógios desse país mantêm a mesma hora. No Tibete, por exemplo, o Sol nasce enquanto os relógios (que mantêm o horário de Pequim) dizem que já é meio da manhã.
O horário de verão é simplesmente o horário padrão local do local, mais 1 hora. Foi adotado para uso na primavera e no verão na maioria dos estados dos Estados Unidos, bem como em muitos países, para prolongar a luz do sol até a noite, com base na aparente teoria de que é mais fácil mudar o horário por ação do governo do que seria para indivíduos ou empresas ajustarem seus próprios horários para produzir o mesmo efeito. É claro que não “salva” nenhuma luz do dia — porque a quantidade de luz solar não é determinada pelo que fazemos com nossos relógios — e sua observância é um ponto de debate legislativo em alguns estados.
A linha de data internacional
O fato de o tempo estar sempre avançando à medida que você se move em direção ao leste representa um problema. Suponha que você viaje para o leste pelo mundo. Você passa para um novo fuso horário, em média, a cada 15° de longitude que você viaja, e cada vez que você, obedientemente, coloca o relógio adiantado em uma hora. Ao concluir sua viagem, você antecipou o relógio por 24 horas completas e, assim, ganhou um dia mais do que aqueles que ficaram em casa.
A solução para esse dilema é a Linha Internacional de Data, definida por acordo internacional para percorrer aproximadamente o meridiano de 180° de longitude. A linha da data desce até o meio do Oceano Pacífico, embora corra um pouco em alguns lugares para evitar atravessar grupos de ilhas e atravessar o Alasca (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por convenção, na linha da data, a data do calendário é alterada em um dia. Cruzando a linha da data de oeste para leste, avançando assim seu tempo, você compensa diminuindo a data; cruzando de leste para oeste, você aumenta a data em um dia. Para manter nosso planeta em um sistema racional de cronometragem, simplesmente devemos aceitar que a data será diferente em diferentes cidades ao mesmo tempo. Um bom exemplo é a data em que a Marinha Imperial Japonesa bombardeou Pearl Harbor, no Havaí, conhecida nos Estados Unidos como domingo, 7 de dezembro de 1941, mas ensinou a estudantes japoneses como segunda-feira, 8 de dezembro.
Resumo
A unidade básica do tempo astronômico é o dia — seja o dia solar (contado pelo Sol) ou o dia sideral (contado pelas estrelas). O tempo solar aparente é baseado na posição do Sol no céu, e o tempo solar médio é baseado no valor médio de um dia solar durante o ano. Por acordo internacional, definimos 24 fusos horários em todo o mundo, cada um com seu próprio horário padrão. A convenção da Linha Internacional de Data é necessária para reconciliar os tempos em diferentes partes da Terra.
Glossário
- tempo solar aparente
- tempo medido pela posição do Sol no céu (o tempo que seria indicado por um relógio de sol)
- Linha de data internacional
- uma linha arbitrária na superfície da Terra perto de 180° de longitude através da qual a data muda em um dia
- tempo solar médio
- tempo baseado na rotação da Terra; o tempo solar médio passa a uma taxa constante, ao contrário do tempo solar aparente
- dia sideral
- Período de rotação da Terra conforme definido pelas posições das estrelas no céu; o tempo entre passagens sucessivas da mesma estrela pelo meridiano
- dia solar
- Período de rotação da Terra, conforme definido pela posição do Sol no céu; o tempo entre as passagens sucessivas do Sol pelo meridiano