A Fisica do Ambiente

08 capítulo

Fases da Lua, superlua e eclipses

EIXOS ESTRUTURANTES DO CAPÍTULO: –

Compreender a importância dos fenômenos físicos oriundos da interação entre Lua, Terra e Sol.

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Praticar a observação do céu noturno, para perceber a passagem do tempo por meio do movimento lunar.

Você alguma vez já observou o céu à noite? Já parou para notar se todas as noites o céu é igual? Se observarmos com atenção, veremos que ao longo do ano as estrelas aparecem no céu em horários diferentes. Será que são apenas as estrelas que podemos ver no céu à noite? Como diferenciá-las dos planetas? E o que nos informa a observação da Lua? Será que ela sempre aparece no mesmo horário? Por que muda de aparência? Você já viu a Lua vermelha? Já a viu se escondendo? Neste capítulo, dedicamos especial atenção à Lua e sua relação com a Terra.

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OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM:



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Entender como a Lua se formou e quais são as consequências para a humanidade de possuirmos um satélite natural.

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Diferenciar eclipses e entender por que ocorrem.

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Conhecer as características principais da observação da Lua, como suas fases.

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Conhecer a dinâmica orbital entre a Lua e a Terra, e como podemos observar características desta interação.



Superfície lunar.

aqui Acesse ula. a a video

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Fases da Lua, superlua e eclipses lembretes

1. De onde veio a Lua? Ao olhar para o Sistema Solar, quando observamos os planetas desde o mais próximo do Sol (Mercúrio) até o mais distante (Netuno), verificamos que nem todos possuem um satélite natural. E a Terra é o primeiro planeta entre os mais próximos do Sol a apresentar um satélite natural. Nossa Lua é o quinto maior satélite do Sistema Solar, e apesar de ter apenas 1,23% da massa da Terra sua gravidade exerce grande influência no nosso planeta. Seu diâmetro mede cerca de 3.500 km, e sua distância média a Terra é de 384.400 km. Acredita-se que a formação da Lua ocorreu após o impacto de um corpo chamado Theia, com tamanho similar ao de Marte, com a Terra, cerca de 4,5 bilhões de anos atrás. Uma parte dos destroços do impacto teria sido ejetada para o espaço, ajustando-se ao redor do nosso planeta como um anel, semelhante aos de Saturno. Passado algum tempo, devido a efeitos gravitacionais, esse anel começou a se agregar, dando forma à Lua que conhecemos hoje. Disponível em: < https://astrobites.org/2019/08/12/a-proposed-moon-formation-theory-the-multiple-impact-hypothesis/>

Theia

Terra

Luar

Impacto

Disco de detritos

Detritos se unem

Formação da Lua em etapas.

“Lunáticos” e tratamentos capilares A Lua sempre foi um objeto de fascinação para a humanidade, em diversas culturas. Cada sociedade criou uma relação e desenvolveu sua interpretação dos fenômenos associados a ela. Uma das lendas mais conhecidas é a crença de que na Lua Cheia as pessoas manifestam comportamentos relacionados à loucura ou à epilepsia. Vem daí o termo “lunático”. Outra crença popular muito comum da nossa sociedade é de que a Lua exerce influência sobre o crescimento dos cabelos. Muitas pessoas optam por realizar tratamentos estéticos capilares em períodos de Lua Cheia por acreditar que essa fase exerce influência sobre o vigor e o crescimento dos cabelos.

2. Vamos conhecer os movimentos lunares? Assim como a Terra, a Lua realiza diversos movimentos que podem ser detectados por nós. Os dois mais conhecidos que podemos observar são a rotação em torno do seu próprio eixo e a translação ao redor do planeta Terra. Seu período de translação ao redor da Terra dura, aproximadamente, 29,5 dias terrestres, e seu período de rotação equivale a 27,3 dias terrestres. Um fato curioso dessa proximidade entre o tempo de rotação e o de translação é que isso faz com que a Lua sempre mostre o mesmo lado para um observador aqui na Terra. Esta característica do período de rotação coincidir com o de translação é chamada de rotação síncrona.

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Face visível da Lua vista do planeta Terra.

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A curiosidade humana em torno de como seria a “face oculta da Lua” inspira criações artísticas como o famoso álbum The Dark Side of the Moon, lançado em 1973 pela banda Pink Floyd.

Fotografia da face oculta da Lua realizada pela missão Apollo 16.

A interação gravitacional entre a Terra e a Lua também gera efeitos interessantes. Um primeiro aspecto é que a gravidade da Lua também exerce atração sobre a Terra, provocando a formação do fenômeno das marés. Essa relação gravitacional dos oceanos com a Lua provoca efeitos de fricção destes com a Terra, afetando a velocidade de rotação do planeta, que vem decrescendo desde a formação do satélite. Uma consequência da desaceleração é o paulatino afastamento da Lua em relação à Terra, a uma taxa de 1 cm por ano. Ou seja, isso significa que bilhões de anos atrás a Lua não só estava mais próxima da Terra, como os dias duravam menos horas!

3. Uma Lua de fases Quando falamos em observação do céu noturno, talvez a característica mais evidente seja a maneira como vemos a Lua mudando ao longo do mês. Se registrarmos a Lua durante 29 dias, perceberemos que o seu brilho se altera semana após semana. Em certos períodos, apenas pequenas áreas são iluminadas pelo Sol, depois essa área vai aumentando até podermos observar a Lua completamente iluminada. A seguir, conforme os dias passam, a área iluminada começa a reduzir até que, em um certo momento, tornamos a não ver mais a Lua no céu. Passados alguns dias, ela reaparece no céu e todo o processo se repetirá. Conforme a Lua se movimenta ao redor da Terra, a maneira como é vista varia devido às posições relativas entre o Sol e Lua, fazendo com que algumas partes sejam iluminadas. Ela apresenta quatro fases principais, que são: Nova, Quarto Crescente, Cheia e Quarto Minguante. As fases sempre se repetem nesta ordem, pois são resultado do movimento de translação da Lua ao redor da Terra.

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O diagrama representa a posição da Lua em relação à sua órbita. Abaixo estão imagens da Lua nas diferentes fases.

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Lua Nova. Neste momento, a face da Lua voltada para a Terra permanece totalmente escura, não sendo possível observá-la. Gradualmente, ela começa a ser iluminada até que atinge a fase de Quarto Crescente.

Fase Cheia. Também conhecida como Lua Cheia, tem 100% da face voltada para Terra iluminada. Após permanecer nesta fase durante alguns dias, ela gradualmente começa a escurecer e se dirige para a fase Quarto Minguante.

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Quarto Crescente. Conforme a Lua gira ao redor da Terra, sua face vai sendo iluminada gradualmente. Nesta fase, 50% de sua face voltada para Terra é iluminada pelo Sol. A partir desta condição, a Lua segue para sua fase Cheia. Wikimedia Commons

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A fase Lua Nova representa o momento em que a Lua se encontra entre a Terra e o Sol, por isso a vemos no céu durante o dia. Nesta fase ela nasce em torno das 6h e costuma se pôr próximo às 18h. E é por isso que não podemos observá-la durante a noite. Já nas fases Quarto Crescente e Quarto Minguante, a Lua e a Terra são iluminadas pelo Sol lado a lado, por isso podemos observar 50% da face da Lua iluminada. Por fim, quando a Terra se encontra entre o Sol e a Lua, nosso satélite natural fica completamente iluminado, alcançando a fase Lua Cheia. Nesta configuração, a Lua nasce próximo às 18h e se põe às 6h da manhã, permitindo noites bem iluminadas! Em sua fase Cheia, a Lua é o segundo objeto mais brilhante que pode ser visto no céu, depois do Sol.

Quarto minguante. Novamente observamos 50% da face da Lua. Deste momento em diante, a Lua ficará cada vez menos visível e se dirige para sua fase Nova.

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Órbita da Lua 3 Raios solares

Terra 2

4

1

Lua Cheia

Lua Nova

Quarto Minguante

Quarto Crescente

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Disponível em:

CAP. 08

Translação da Lua ao redor da Terra. Na posição 1 teremos Quarto Minguante. Na posição 2 teremos Lua Nova. Na posição 3 teremos Quarto Crescente. E, na posição 4 teremos Lua Cheia.

4. A brilhante superlua Um fenômeno bastante comentado sobre a Lua é a chamada superlua. Para entendermos como ele ocorre, devemos focar nossa atenção no movimento de translação da Lua ao redor da Terra.

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Assim como acontece com todos os astros, a órbita lunar também possui o formato de uma elipse, portanto em certos períodos a Lua estará mais próxima da Terra e em outros mais distante. Como já vimos, a distância média entre a Lua e a Terra é de aproximadamente 384.000 km. Quando a Lua está mais próxima da Terra sua distância é de aproximadamente 356.000 km, e a este ponto de máxima proximidade damos o nome de perigeu. Conforme a Lua executa seu movimento de translação, a distância começa a aumentar, até atingir o ponto de máximo afastamento da Terra, cuja distância é de aproximadamente 406.000 km. O ponto no qual a Lua se encontra mais afastada da Terra recebe o nome de apogeu.

Esquema ilustrativo da órbita lunar (fora de escala). A posição 1 representa o ponto de máximo afastamento da Lua em relação a Terra (3): é o apogeu. Conforme a Lua translada, ela chega à posição 2, ponto de máxima proximidade com a Terra, o perigeu.

O que seria, então, a superlua? Este fenômeno astronômico consiste no momento em que há a ocorrência de Lua Cheia e o satélite natural se encontra no seu perigeu. Para um observador na Terra, a superlua apresenta um tamanho aproximadamente 15% maior do que o de uma Lua Cheia comum, e cerca de 30% mais brilhante.

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Fases da Lua, superlua e eclipses

A previsão dos períodos de superlua é importante, por exemplo, para a navegação, pois ela gera elevações do oceano acima da média, em decorrência dos efeitos da maré. Como resultado, algumas regiões podem sofrer com alagamentos e outras com o rebaixamento excessivo do nível do mar.

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Da mesma forma que existe superlua, há também a microlua. Ela acontece quando a Lua encontra-se em seu apogeu, mais afastada da Terra, e tem como efeito a dimensão aparentemente menor e o brilho reduzido. Apesar de não ser uma efeméride muito divulgada, quando a Lua encontra-se nesse ponto e ocorre um eclipse solar podemos observar um fenômeno bem interessante, que abordaremos mais à frente!

PERIGEU

APOGEU

Superlua parece

Microlua

1% maior e 30% mais brilhante que a microlua

* Vista da Terra Nesta imagem, podemos ver a diferença entre a Lua Cheia quando o satélite natural se localiza no seu perigeu e no seu apogeu.

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O fenômeno das marés

Fenômeno de maré baixa: devido à influência gravitacional da Lua sobre a Terra, em certas regiões o oceano se eleva, e em outras regiões o nível do mar desce expressivamente.

Um fenômeno de extrema importância é o chamado efeito Maré. A gravidade da Lua exerce grande influência sobre o nosso planeta. Como o planeta é rochoso, as variações causadas por essa força não são tão percebidas por nós. Todavia, como os oceanos da Terra se encontram na fase líquida, a gravidade da Lua faz com que sua deformação seja mais proeminente. É fácil observar o aumento e a diminuição do nível do mar ao longo do dia. Este fenômeno é de extrema importância para a navegação, pois, dependendo da posição da Lua em sua órbita, o nível do mar pode se alterar de tal forma que causa a inundação de certos locais e a total seca de outros, fazendo assim com que as embarcações fiquem encalhadas. Assista ao vídeo do Laboratório Didático de Física (LADIF) da UFRJ sobre o fenômeno.

CAP. 08 5. A Lua e os eclipses

Outro fenômeno importante relacionado à Lua são os eclipses: a ocultação de um astro em relação a outro. Ou, em outras palavras, trata-se do momento em que um astro é escondido por outro. De nosso planeta podemos observar dois tipos: o Eclipse Solar e o Eclipse Lunar.

5.1. Eclipse Solar Como vimos, a Lua executa um movimento de translação ao redor do planeta Terra. O eclipse solar consiste na passagem da Lua na frente do Sol, causando um bloqueio momentâneo na luz solar. Para que um eclipse solar ocorra é necessário que a Lua esteja localizada entre o Sol e a Terra, ou seja, na fase de Lua Nova. Além disso, o plano em que se encontra a órbita da Lua tem uma leve inclinação de cerca de 5° em relação ao plano da órbita da Terra, e para que este fenômeno ocorra é necessário que a Lua esteja localizada no ponto de cruzamento dos planos dessas órbitas. Caso contrário, em toda fase de Lua Nova ocorreria um eclipse solar. Plano da órbita da Lua

Lua Plano da órbita da Terra Wikimedia Commons

Terra Lua

A maneira como a Lua orbita a Terra possui uma leve inclinação. Desta forma, conforme a Lua executa seu movimento de translação, ela cruza o plano orbital da Terra em relação ao Sol ora acima deste plano, ora abaixo. Para que um eclipse solar ocorra é necessário que a Lua esteja localizada no ponto de cruzamento desse plano orbital.

Se pudéssemos observar um eclipse solar de fora da Terra veríamos a formação de duas regiões diferentes de sombra projetadas sobre a superfície do planeta: a umbra e a penumbra. Estas sombras incidem sobre os locais onde é possível observar o eclipse no planeta, pois são justamente a projeção da Lua sobre a Terra. Na região de umbra é possível observar o escurecimento total do céu, pois todo o Sol está ocultado. Na região de penumbra não ocorre a ocultação completa do Sol pelo disco lunar, mas somente de uma parte, ficando a outra iluminada. É assim que diferenciamos os eclipses solares em total e parcial. Wikimedia Commons

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Órbita da Lua Umbra Sol

Terra Lua Penumbra Órbita da Terra

Esquema ilustrativo de como ocorrem os eclipses. A Lua passa na frente do Sol, causando sua ocultação para um observador terrestre, e projetando sua sombra sobre a superfície do planeta.

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Há ainda o eclipse solar anular. Este tipo consiste na ocultação quase completa do círculo solar, exceto pelas bordas, formando no céu uma imagem semelhante a um anel. É uma variação interessante do eclipse total. Lembra-se do fenômeno da microlua? O eclipse solar anual se forma quando nosso satélite encontra-se nesta configuração, ou seja, no apogeu de sua órbita. Como o tamanho aparente da Lua é menor, não consegue cobrir completamente o Sol.

Esquema ilustrativo dos tipos de eclipses solares.

Eclipse solar, Einstein e o Ceará! A humanidade celebrou a comemoração de 100 anos da comprovação da Teoria da Relatividade Geral, postulada por Albert Einstein em 1915. O que poucas pessoas sabem é que o Brasil – e mais precisamente a cidade de Sobral, no Ceará – teve participação neste sucesso! A Teoria da Relatividade Geral propõe que a gravidade, postulada por Isaac Newton, não é uma força, mas uma deformação contida em uma entidade física composta pela junção do espaço e do tempo, ou seja, no espaço-tempo. Para causar esta deformação seria necessária a presença de um objeto dotado de massa. A órbita dos planetas em torno do Sol, por exemplo, seria uma trajetória percorrida por estes corpos no espaço-tempo deformado pela massa do Sol. Para comprovar a teoria foi desenvolvido um experimento no qual um conjunto de estrelas precisava ser observado bem próximo do Sol. No entanto, a única forma de fazer isso seria no momento de um eclipse solar total, quando a radiação solar seria barrada pela Lua, revelando estrelas próximas ao astro. Se aquelas estrelas se encontrassem deslocadas da posição onde deveriam estar, isto seria uma comprovação da deformação do espaço-tempo. E foi justamente o que aconteceu! Em 1919, houve um eclipse solar que foi observado no Brasil por diversas equipes de pesquisadores. Os registros do evento comprovaram a teoria de Einstein, impulsionando novas formas de interpretação da natureza. Em comemoração ao centenário daquele evento, o Museu de Astronomia e Ciências Afins (Mast) realizou uma exposição especial, que pode ser conhecida no site da instituição: confira com o QR Code!

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Lua

Cone de sombra

Sol

Autoria: Claudia Matos.

Esquema ilustrativo de um eclipse lunar (fora de escala): a Terra se encontra entre o Sol e a Lua, e ao se alinharem a Lua acaba cruzando a região de sombra criada pela Terra.

Para que ocorra o eclipse lunar, a configuração celeste deve ser semelhante ao do eclipse solar, com exceção de alguns pontos. No caso do eclipse lunar, a Terra deve se localizar entre o Sol e a Lua, ou seja, na sua fase cheia. Desta forma, quem oculta o Sol para um observador na Lua é a Terra. O que observamos é a sombra do nosso planeta sobre a Lua, assim deixando-a “apagada”, ou seja, sem refletir a luz do Sol. Assim como o eclipse solar, o lunar também pode ser total ou parcial. No eclipse parcial, apenas uma parte da sombra terrestre se projeta sobre a Lua, fazendo com que seja sempre possível observar uma região iluminada.

No eclipse total, a Lua é totalmente coberta pela sombra terrestre, não sendo possível observá-la. Quando é completamente ocultada, a Lua assume uma coloração avermelhada, popularmente conhecida como Lua de Sangue. Apesar do nome meio macabro, a coloração resulta de um fenômeno óptico. Como nesse momento a Terra encontra-se alinhada com o Sol, nossa atmosfera funciona como um filtro que deixa passar somente os comprimentos de luz menos energéticos, ou seja, aqueles próximos à frequência do infravermelho. Além disso, há uma região de penumbra que resulta no eclipse penumbral, no qual a sombra da Terra é projetada sobre a Lua de forma muito sútil, provocando leve diminuição no seu brilho. Este tipo de eclipse lunar ocorre antes e depois da Lua ser ocultada total ou parcialmente. No entanto, sua observação é muito dificil, sobretudo em centros urbanos nos quais a poluição luminosa já provoca um apagamento do céu.

Autoria: Claudia Matos.

Astrofotografia de eclipse parcial da Lua: uma parte está iluminada, a outra está obscurecida pela sombra da Terra. Vale observar que a sombra projetada na Lua tem formato circular, mais uma prova de que nosso planeta é esférico.

Penumbra Umbra Órbita da Terra

Órbita da Lua

Astrofotografia de um eclipse total da Lua no momento da sua ocultação, com a formação do fenômeno “Lua de Sangue”.

Sol Esquema ilustrativo de como ocorrem os eclipse lunares, considerando as órbitas dos astros envolvidos.

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Terra

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5.2. Eclipse Lunar

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Fases da Lua, superlua e eclipses

Movimentos e fases da Lua com uma bola de isopor!

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Os movimentos celestes e astronômicos nem sempre são fáceis de imaginar. Por isso, é interessante fazermos algumas simulações para compreendê-los em profundidade. O que acha de fazer uma simulação dos movimentos da Lua e suas fases usando apenas uma bola de isopor? Acompanhe essa experiência do canal Mast Educação com a mediadora Flávia Requeijo, depois tente reproduzir em casa ou na escola!

A Lua gerando energia Como a engenharia pode utilizar os fenômenos lunares em benefício da sociedade? A resposta é: na geração de energia! Uma das formas de produzir energia limpa é pelas marés. A chamada energia maremotriz, que utiliza como fonte de energia cinética as variações do nível da água do mar, não gera nenhum tipo de emissão poluente. Embora a ideia de uma usina maremotriz seja muito interessante, os engenheiros que a projetam precisam enfrentar muitos desafios para fazer deste tipo de fonte uma forma viável de produzir energia em larga escala. O primeiro problema é que a energia maremotriz não é suficiente para abastecer cidades muito populosas. Além disso, os materiais utilizados para a construção da usina são mais caros do que os de outras fontes. Por fim, precisam ser avaliados os impactos gerados no ecossistema marinho nas regiões onde essas usinas são instaladas. Muitos estudos ainda são necessários para aperfeiçoar a geração de energia maremotriz. Opções de profissão que envolvem analisar a interação da Lua com a Terra são as engenharias dedicadas à construção de usinas desse tipo, empreendimentos que reúnem também físicos e biólogos, entre outros profissionais.

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atividades lembretes

(FMTM - MG)

Céu limpo realça “show” do eclipse Em termos astronômicos, o eclipse total da Lua teve início às 22h05, quando o satélite começou a entrar na zona de penumbra causada pelo bloqueio de parte dos raios do Sol. Nessa fase, o fenômeno não é percebido e praticamente não há diferença no brilho da Lua. O eclipse propriamente dito começou às 23h03, quando a Lua foi obscurecida pela umbra (sombra total) da Terra. Nessa fase – que durou até 2h17 – o satélite adquiriu um tom avermelhado devido ao desvio de parte dos raios de luz na passagem pela atmosfera terrestre. O Estado de S. Paulo, 16 mai. 2003. Adaptado.

Figura 1

Figura 2

No fenômeno observado aproximadamente às 0h12, em uma analogia com uma sala onde a única fonte de luz é a de uma lâmpada presa ao teto, é correto associar o Sol à lâmpada da figura: a. 2, a mesa ao planeta Terra e um dos pontos C à Lua. b. 2, a mesa ao planeta Terra e o ponto E à Lua. c. 2, um dos pontos D ao planeta Terra e a mesa à Lua. d. 1, um dos pontos A ao planeta Terra e a mesa à Lua. e. 1, a mesa ao planeta Terra e o ponto B à Lua.

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Fases da Lua, superlua e eclipses

para acessar Você sabia que a NASA tem uma sonda exclusiva para monitorar a superfície da Lua? Ela se chama LRO e está em operação desde 2009. Por isso, deixamos como recomendação o site da Nasa, no qual você poderá acessar vários conteúdos sobre a Lua, com diversas animações sobre seus movimentos, eclipses e outras coisas.

Sei como a Lua se formou. Sei como os eclipses acontecem e quais os tipos. Diferencio eclipse lunar de eclipse solar. Sei o que é a superlua. Reconheço a importância de conhecer os fenômenos físicos da interação entre a Terra e a Lua.

CAP. 08 Anotações

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