A Natureza Celeste

Os Efeitos da Latitude sobre a
Duração dos Dias e Noites

Quanto duram
os dias e noites?

        Os horários do nascer e do pôr do Sol dependem da localidade onde você se encontra e também da época do ano. Para entender exatamente o que ocorre procedamos aos conceitos de latitude e longitude.

        Latitude e longitude são definidas como as coordenadas geográficas de um ponto na superfície da Terra. Cada ponto sobre a Terra possui uma latitude e uma longitude. Pode-se fazer uma analogia entre o sistema de coordenadas geográficas com um sistema mais simples, sobre um plano, onde na horizontal temos a coordenada X e na vertical a coordenada Y. Cada ponto do plano necessita tanto da coordenada X como da Y para ser localizado. A figura 1 mostra um plano desses. O ponto 0 está exatamente sobre o cruzamento dos eixos X e Y, que representa a origem do sistema de coordenadas. Suas coordenadas são, portanto 0 para X e 0 para Y. O ponto A está sobre o eixo X mas se encontra afastado do eixo Y. Sua coordenada X vale 3 enquanto que a Y vale 0. O ponto B está sobre o eixo Y e possui coordenadas 0 para X e 2 para Y. O ponto C não está sobre nenhum dos eixos portanto nenhuma de suas coordenadas vale 0. A coordenada X do ponto C vale 3 e sua coordenada Y vale 2. Para achar as coordenadas de um ponto no plano basta traçar uma perpendicular ao eixo a partir do ponto e ver em qual valor a perpendicular cruza com o eixo. Para achar a coordenada X do ponto C, por exemplo, traça-se uma perpendicular ao eixo X a partir do ponto. Essa perpendicular cruzará o eixo X no ponto 3. O mesmo procedimento aplica-se com relação ao eixo Y.

Figura 1 - Um plano de coordenadas

A = (3, 0)
B = (0, 2)
C = (3, 2)

        Na Terra um ponto também é localizado a partir de um par de coordenadas. Elas são chamadas latitude e longitude em substituição ao X e Y do plano descrito anteriormente. O problema é que a Terra não é plana, mas esférica. Então houve a necessidade de se fazer uma adaptação no sistema de coordenadas. Dessa forma, a latitude é contada a partir da linha do Equador nas direções norte e sul em graus, minutos e segundos devido a esfericidade da Terra. Ela assume valores positivos em direção norte e valores negativos para o sul. Ou então pode-se indicar o valor da latitude seguido das letras N ou S dependendo se é norte ou sul. O valor da latitude é zero grau no Equador e cresce a medida que se afasta dele e se aproxima dos pólos, que têm latitudes 90^o N para o Pólo Norte e 90^o S para o Pólo Sul. As linhas de latitude são chamadas paralelos.

        As linhas de longitude são perpendiculares às de latitude, se chamam meridianos e se cruzam nos pólos. A origem é o meridiano que passa sobre a cidade de Greenwich, na Inglaterra. As longitudes são contadas a partir do meridiano de Greenwich indo-se a leste ou oeste. Portanto, o maior valor da longitude é 180^o, o meridiano oposto ao de Greenwich. As longitudes são indicadas em graus, minutos e segundos seguidas das letras E ou W dependendo se a localidade está a leste (east) ou oeste (west) de Greenwich. Uma outra forma de se contar é começar por Greenwich e ir em direção a leste até que se complete a volta ao redor da Terra. Neste caso a longitude pode assumir valores de 0^o a 360^o. Mas a primeira forma é a mais usual. A figura 2 mostra esse sistema de coordenadas na Terra.

        As coordenadas geográficas de Curitiba, onde moro, por exemplo, são:

Latitude:    25^o 25´ 48´´ S
Longitude: 49^o 16´ 15´´ W

Figura 2 - A Terra e seu sistema de coordenadas geográficas

        O clima de um lugar depende muito da sua latitude, pois ela define a maneira como os raios solares atingem a superfície da Terra. A linha do Equador é o paralelo mais diretamente voltado para o Sol, sendo o que recebe os raios solares mais diretamente (mais próximos da vertical). É por isso que o clima no Equador é quente. Lugares situados em latitudes mais altas recebem os raios solares de maneira inclinada, como se pode ver na figura abaixo (figura 3). Assim, o clima é mais frio. Quanto maior a latitude, maior a inclinação com que os raios solares atingem a superfície da Terra e mais frio tende a ser o clima. Logicamente a latitude não é o único fator do qual o clima depende, portanto não se deve predizer o clima de um lugar sabendo-se apenas a sua latitude.

Figura 3 - O ângulo de incidência dos raios solares de acordo com a latitude

        Mas existe ainda um outro fator importante, que é o que define a duração dos dias e noites e as estações do ano. É a inclinação do eixo de rotação da Terra. De maneira formal, inclinação do eixo de rotação de um planeta é o ângulo formado entre esse eixo e a perpendicular ao plano de translação desse planeta em torno do Sol. Um planeta cuja inclinação seja zero grau significa que seu eixo de rotação é exatamente perpendicular ao plano de translação, ou seja, se você imaginar o Sol e o planeta exatamente como na figura acima (com o Sol à esquerda), o planeta gira "deitado" (seu eixo de rotação está em pé). Um planeta de inclinação de 90 graus giraria "em pé" (seu eixo de rotação estaria deitado). Essa inclinação faz com que, dependendo da posição do planeta em sua órbita em torno do Sol, os raios solares atinjam não sempre a linha do Equador de forma direta, mas paralelos situados ao norte ou ao sul dele. O paralelo exato que recebe os raios solares de forma mais direta varia conforme o planeta gira em torno do Sol, ora estando ao norte do Equador, ora ao sul.

        A inclinação do eixo de rotação da Terra é de 23^o 27´ 30´´. De acordo com a explicação dos parágrafos anteriores, os raios solares atingem a superfície do nosso planeta de forma direta (perpendicularmente a superfície) num determinado paralelo que varia a medida que a Terra gira em torno do Sol. Assim definem-se 4 posições singulares. A primeira delas ocorre quando os raios solares incidem sobre o paralelo 23^o 27´ 30´´ S. Isso ocorre em 21 de dezembro, data chamada de solstício de verão no Hemisfério Sul do planeta, e solstício de inverno no Hemisfério Norte. Este paralelo é chamado Trópico de Capricórnio e é o paralelo mais ao sul que pode receber os raios solares incidindo perpendicularmente à superfície. A segunda posição ocorre em 21 de março, exatamente quando a Terra gira 90^o em sua órbita a partir de 21 de dezembro. Nesta data os raios solares incidem diretamente sobre a Linha do Equador, o paralelo 0, e ela é chamada de equinócio. A terceira posição singular ocorre em 21 de junho, data em que os raios solares incidem sobre o paralelo 23^o 27´ 30´´ N, o paralelo mais ao norte que pode receber os raios solares diretos, chamado de Trópico de Câncer. A data é chamada solstício de verão no Hemisfério Norte e solstício de inverno no Hemisfério Sul. Em 23 de setembro ocorre outro equinócio, nova data em que os raios solares incidem diretamente sobre o Equador. A figura 4 abaixo mostra as 4 posições singulares.

Figura 4 - A Terra e suas 4 posições mais importantes

        Em 21 de dezembro e 21 de junho ocorrem os casos extremos. Na primeira data os raios solares incidem mais diretamente sobre o Hemisfério Sul. É por isso que é tempo de calor no Hemisfério Sul e tempo de frio no Hemisfério Norte, onde os raios solares incidem mais obliquamente. A situação se inverte 6 meses depois. Aqui também entra a questão da duração dos dias e noites. Veja a figura 5 abaixo. Ela representa a posição da Terra em 21 de dezembro (posição 1). Note como a linha do Equador, mesmo com a inclinação do eixo de rotação, está metade voltada para o dia e metade para a noite. Portanto, durante uma rotação completa da Terra, o Equador recebe 12 horas de insolação e é noite nas outras 12. Mas note como o paralelo 45^o S, por exemplo, tem mais da metade do seu comprimento voltado para o Sol. Portanto, lugares situados ao longo daquele paralelo recebem insolação num período maior que 12 horas por dia. Quanto mais ao sul está um lugar, maior sua insolação diária. Existe uma região ainda mais ao sul chamada região polar, região esta que estará voltada para o Sol durante as 24 horas do dia. Um paralelo delimita o limite desta região, chamado Círculo Polar Antártico. Sua latitude é 66^o 32´ 30´´ S. Portanto, em 21 de dezembro, a duração dos dias cresce a medida que se parte do Equador e se vai em direção ao sul, chegando ao extremo no Círculo Polar Antártico, onde é dia nas 24 horas. A cidade de Macapá está sobre o Equador, portanto há 12 horas de insolação. Curitiba recebe 13 horas e 44 minutos de insolação naquela data, enquanto que Ushuaia (Argentina), a mais de 54 graus de latitude sul, recebe 17 horas e 20 minutos de insolação.

        O oposto acontece quando se parte do Equador e se vai em direção norte. Os paralelos situados ao norte do Equador recebem menos insolação, pois mais da metade desses paralelos estão voltados contra o Sol. E o comprimento dos dias decresce a medida que se afasta do Equador. Existe uma região que não recebe luz do Sol, a região polar do Hemisfério Norte, delimitada pelo paralelo 66^o 32´ 30´´ N, chamado de Círculo Polar Ártico. Cidades como Barrow (Alasca) e Tromso (Noruega), por exemplo, estão a mais de 69^o N e é por isso que não recebem luz do Sol nenhuma em dezembro.

Figura 5 - Terra na posição de 21 de dezembro

        Agora passemos para a posição 2, em 21 de março. A figura 6 abaixo representa a Terra nessa posição. Nesse caso o Sol está como se fosse a frente do monitor e seus raios incidem como se fosse perpendicularmente à tela, entrando nela. O papel do Sol poderia ser feito pelos seus próprios olhos. Portanto, note como todos os paralelos têm a metade do seu comprimento voltado para o Sol, não importando quanto ao norte ou ao sul ele se encontra. A parte da Terra que está iluminada pelo Sol é exatamente aquela que você vê, e na figura abaixo você vê exatamente a metade da esfera terrestre, estando a outra metade atrás (a parte que seria noite). Esta é uma condição onde os dias e noites são iguais em todos os lugares. Para os locais situados no Hemisfério Sul o comprimento dos dias, a partir do dia 21 de dezembro, vai reduzindo a medida que os dias passam, até chegarem a 12 horas no dia 21 de março.

Figura 6 - A Terra na posição de 21 de março

        A posição 3 é exatamente a oposta em relação a 1, pois nesta posição, em 21 de junho, os raios solares incidem sobre o Trópico de Câncer e os paralelos no Hemisfério Sul têm sua maior parte voltada contra o Sol, como se pode ver na figura 7 abaixo. Os trechos desses paralelos voltados em direção ao Sol representam menos da metade dos seus comprimentos. O Círculo Polar Antártico não recebe qualquer incidência de luz solar, assim como toda a região polar. Portanto, a duração dos dias é menor que 12 horas no Hemisfério Sul. A Linha do Equador continua tendo 12 horas de insolação mas a medida que se anda para o sul esse tempo diminui. No Hemisfério Norte, ao contrário, os dias ficam mais longos. Da posição 1 até a posição 3 os dias se encurtam, no Hemisfério Sul, sendo que na posição 2 eles duram exatamente 12 horas. O ganho ocorrido na posição 1 é compensada na posição 3. Se um lugar tem uma insolação de 15 horas em 21 de dezembro, terá 9 horas de insolação em 21 de junho. O Círculo Polar que tem 24 horas de insolação na primeira data não recebe luz solar 6 meses depois. Para o Hemisfério Norte o raciocínio é o mesmo, sendo que os dias em 21 de dezembro são curtos e em 21 de junho são longos.

Figura 7 - A Terra na posição de 21 de junho

        A posição 4 é exatamente igual a 2, com dias e noites iguais de 12 horas cada um. O Sol está atrás da Terra na figura 8 abaixo, estando a parte que não recebe sua luz voltada para você. Ela ocorre em 23 de setembro (não é 21 de setembro pois a Terra está mais afastada do Sol nessa fase de sua órbita acarretando uma velocidade de translação menor).

Figura 8 - A Terra na posição de 23 de setembro

        Os Círculos Polares recebem insolação de 24 horas num dos solstícios (21 de dezembro para o Antártico e 21 de junho para o Ártico) mas no dia seguinte esse tempo já reduz, pois a Terra, orbitando em torno do Sol, sai da posição do solstício. Esse tempo continua reduzindo, passando por 12 horas no equinócio e chegando a zero no solstício seguinte. Se afastarmos um pouco do círculo polar em direção ao pólo, haverá um número maior de dias com insolação durante as 24 horas. Esse tempo se caracteriza pelo Sol da Meia Noite, sendo que o solstício de verão está na metade desse período. O período com Sol da Meia Noite será contrabalançado pela Noite Polar, que tem a mesma duração e se caracteriza pela ausência total do Sol. O solstício de inverno marca a metade desse período. Quanto mais se aproxima do pólo, maior o número de dias com o Sol da Meia Noite e com a Noite Polar por ano. No pólo ocorre o caso extremo, em que cada um dos períodos dura 6 meses.