J. R. Araújo
Iluminância é a medida da intensidade do luz (ou do fluxo luminoso) incidente sobre uma superfície. A intensidade tende a ser concentrada ou dispersa. Quanto maior a concentração, isto é, sendo o fluxo mais comprimido numa área menor, maior será sua densidade luminosa incidente. Assim a densidade do fluxo luminoso é inversamente proporcional à área em que o foco ilumina a área. Aumentando a área, diminuímos a densidade do fluxo e vice-versa.
Iluminância é, pois, a medida da intensidade da luz incidente por unidade de área e sua unidade de medida é o lux ou lúmen por metro quadrado (lm/m2). A figura ao lado nos oferece uma idéia mais intuitiva sobre o que vem a ser “densidade do fluxo luminoso”. Em a o foco da lanterna incide de forma perpendicular e a superfície é iluminada com grande intensidade, pois os raios de luz se concentram sobre uma região pequena. Em b o foco inclinado ilumina a superfície de forma menos densa, visto que a mesma quantidade de luz é distribuída numa área maior. Na lanterna em c temos a menor densidade da luz entre os casos ilustrados, uma vez que a mesma incidência de raios luminosos provenientes da lanterna agora está distribuída sobre superfície ainda maior devido à inclinação mais acentuada. Em a a energia luminosa está muito concentrada, em b um pouco menos e em c temos a menor densidade de iluminação entre as três possibilidades.
Suponha-se que na situação ilustrada os focos incidam com mesma intensidade luminosa e iluminem diferentes partes da superfície esférica. Note-se que o foco A incide perpendicularmente sobre a superfície e a área iluminada tem alta densidade de iluminação. Nessa região a energia luminosa é máxima. Nas áreas iluminadas pelos focos B e C a luz se dispersa sobre áreas maiores devido à inclinação das superfícies da esfera relativa aos raios incidentes. Nesse caso, a mesma quantidade de energia luminosa se dispersa muito mais.
A luz se propaga por ondas eletromagnéticas e toda onda dessa natureza transmite energia. A quantidade de energia para determinada superfície depende da densidade do foco por unidade de área que varia com o ângulo de sua incidência na superfície.
O movimento da Terra em torno do Sol (translação) não é circular, mas tem a forma de elipse. Sabe-se também que o Sol não se encontra no centro (C) dessa elipse, mas um pouco deslocado para um dos lados. Assim, em determinados momentos desse percurso, a Terra se aproxima mais do Sol e, em outros, se afasta. Muitos pensam que são esses períodos alternados de aproximação e distanciamento que colaboram com a ocorrência das estações do ano. Longe da verdade, porém, o que realmente determina as mudanças climáticas conhecidas como “as estações do ano” é a inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à linha imaginária que une os centros dela e do Sol. Essa linha é denominada Eclíptica e coincide com o equador solar. A Eclíptica também é definida como o plano no qual a Terra “repousa” em seu trajeto aproximado de 365 dias em torno do Sol.
A figura ao lado mostra, sem qualquer fator de escala, que a Eclíptica e o Equador terrestre formam entre si um ângulo aproximado de 23,4º. Aplicando-se a Geometria, pode-se deduzir que os eixos de rotação solar e terrestre formam esse mesmo ângulo. Se tais eixos tivessem mesma direção não haveria nenhuma estação, pois as faixas das regiões paralelas ao Equador teriam clima invariável ao longo do ano, embora as condições climáticas fossem desiguais para regiões cada vez mais próximas aos polos devido à incidência de diferentes densidades do fluxo luminoso proveniente do Sol. Para regiões equidistantes do Equador, tanto ao norte quanto ao sul, entretanto, as temperaturas seriam semelhantes, pois receberiam igual luminosidade. Devido à inclinação do eixo terrestre, todavia, isso não ocorre.
Então veja-se como a inclinação do eixo da Terra determina as estações do ano.
Como a trajetória da Terra ao redor do Sol é elíptica, a distância entre os dois astros varia ao longo do ano. O ponto mais próximo entre eles, chamado Periélio (perto do Sol), ocorre por volta de 3 de janeiro, quando a Terra dista 147,1 milhões de quilômetros da estrela. A distância máxima, Afélio (longe do Sol), por sua vez, ocorre em 4 de julho, com 152,1 milhões de quilômetros. Considera-se que a distância média entre a Terra e o Sol seja de 150 milhões de quilômetros, a qual é denominada “uma Unidade Astronômica” ou 1 U.A. Para essa distância, pode-se considerar que os raios solares cheguem à Terra como feixes paralelamente dispostos.
Na ilustração abaixo vemos a Eclíptica (segmento Ec-Ec'), a linha do Equador terrestre (AA'), a linha perpendicular à Eclíptica (segmento P) e o eixo de rotação terrestre (segmento laranja).
O hemisfério norte, acima do Equador terrestre, recebe incidência de luz direta e, por conseguinte, maior luminosidade. O hemisfério sul, recebe os feixes de luz inclinados, como vimos anteriormente, com menor iluminância ou menos energia solar.
Vemos também as linhas imaginárias que dividem o globo terrestre em regiões distintas. No centro temos a linha do Equador. Em direção norte temos o Trópico de Câncer e, próximo ao Polo, o Círculo Polar Ártico. Abaixo do Equador temos o Trópico de Capricórnio e, mais ao sul, o Círculo Polar Antártico.
Quando o eixo de rotação da Terra se inclina em direção ao Sol, note-se que a iluminância próxima ao Equador não se altera muito. As áreas por onde passa o Trópico de Câncer recebem muita luz e a maior parte da região polar, acima do Círculo Polar Ártico, recebe luz nas 24 horas do dia.
Ao mesmo tempo, no Trópico de Capricórnio a iluminância é bem fraca e a maior parte da região dentro do Círculo Polar Antártico permanece em total escuridão pelas 24 horas.
Seis meses depois, devido ao seu trajeto em torno do Sol, o eixo de rotação da Terra se inclina na direção contrária a ele. Nessa época a iluminância é bem maior no hemisfério sul. O trópico de Capricórnio recebe muita luz e a Antártica permanece iluminada por 24 horas. Por sua vez, é o Ártico a mergulhar na escuridão, sem ver a luz do Sol por iguais 24 horas.
Em seu longo percurso de translação, a Terra leva 365 dias para completá-lo; seu eixo de rotação se inclina na direção do Sol em determinado momento, para dele se afastar, em outro. Isso ocorre em duas situações: próximo às datas de 22 de junho e 21 de dezembro, respectivamente, determinando maior ou menor luminosidade nos hemisférios norte e sul, quando há aumento ou diminuição da luminosidade, com mudanças significativas das condições climáticas nessas regiões. A esses eventos dá-se a denominação de Solstício, que significa Sol parado. Assim temos o Solstício de dezembro que marca mais luminosidade no hemisfério sul e menos no norte, e o Solstício de junho com maior luminosidade no hemisfério norte e menor no sul. Seis meses separam um solstício do outro. Nessas ocasiões, a quantidade de luz recebida durante os dias e as noites são diferentes nas 24 horas: no inverno as noites são mais longas que os dias, enquanto no verão os dias são mais longos. Outros dois eventos de igual importância acontecem entre eles: os Equinócios (equi = iguais, nox = noite) que ocorrem em setembro e março. O nome indica que os dias e noites têm (aproximadamente) as mesmas horas diárias de duração.
No diagrama abaixo vemos os Solstícios de junho e dezembro, bem como os Equinócios de setembro e março.
O Solstício de junho ocorre nos dias 20 ou 21, marcando o Verão no hemisfério norte com muita luminosidade acima do Equador, em especial no Trópico de Câncer. É a época de muito calor nessas regiões e para as latitudes mais altas, próximas ao Ártico, os meses de junho, julho e agosto serão os mais quentes do ano. No hemisfério norte, os dias são mais longos que as noites. Nas áreas contidas no Círculo Ártico, o Sol nunca se põe, mas se eleva, tipicamente, a uma altura máxima no horizonte, correspondendo ao meio-dia, para atingir o ponto mais baixo, porém acima do horizonte, à meia-noite.
É inverno no hemisfério sul. Contudo, perto do Equador, não há muita variação na luminosidade, mas as temperaturas caem muito nas regiões próximas ao Trópico de Capricórnio, onde as noites são mais longas que os dias. Na região contida no Círculo Polar Antártico, os mesmos três meses serão de escuridão total ou como se diz, de noites eternas. São os meses em que não se vê o Sol.
A situação muda gradativamente na medida em que setembro se aproxima. A Terra percorre sua rota e seu eixo diminui a inclinação em relação ao Sol. Nos dias 22 ou 23 de setembro, em dado momento, o movimento de nosso planeta faz com que o Sol atravesse o Equador terrestre. Isso ocorre numa hora bem específica e leva cerca de 33 minutos para que toda a circunferência do Sol cruze a linha equatorial terrestre e passe do norte para o sul. A partir desse momento começa o Equinócio de setembro, dando início à estação do Outono no norte e da Primavera no sul. As noites e os dias têm igual duração de 12 horas, exceto por alguns minutos, pois os dias são ligeiramente mais longos que as noites. É quando começa o aquecimento no sul e o resfriamento no norte.
Progredindo mais em sua rota, a Terra atinge posição em que seu eixo de rotação inclina na direção oposta ao Sol. O fenômeno ocorre em 21 ou 22 de dezembro e marca o início do Solstício de Verão na metade sul do globo terrestre e o começo do Inverno para o norte. As situações são inversas ao que ocorre em junho, para o norte e o sul.
Nos dias 20 ou 21 ocorre o Equinócio de março, quando começa a Primavera no norte e o Outono no Sul. Em momento específico da data, o Sol atravessa o Equador terrestre. Inicia-se, então, o aquecimento do hemisfério norte e o resfriamento do sul.
As estações Inverno, Primavera, Verão e Outono são a principal influência climática no planeta. Cada uma delas dura cerca de três meses e seu impacto nos seres vivos e no meio ambiente acontece de tal forma que impõe mudanças na vida de todos. Muda a própria maneira de viver, de se alimentar e se reproduzir; mudam hábitos e humores. Plantas, animais e seres humanos, todos se adaptam às condições das diferentes estações. Entretanto, não são apenas as estações que determinam o clima de uma região: a proximidade aos oceanos e as massas de ar deles provenientes, o relevo, a pressão atmosférica, a altitude e latitude etc. são elementos que se deve considerar.
Abaixo vê-se interessante animação das estações nos hemisférios norte e sul. Ao lado do ano 2004 os números correspondem aos meses: 01=janeiro, 02=fevereiro e assim por diante. Verifique-se como no Verão, na parte norte, durante os meses de junho a agosto (06-08), a camada de gelo recua permanecendo apenas próximo ao Polo Norte, para tomar toda a Ásia, parte da Europa, Estados Unidos e Canadá nos meses de Inverno (12-01-02), que corresponde aos meses de dezembro-fevereiro. No Círculo Polar Antártico (Polo Sul) a camada de gelo permanece inalterada o ano inteiro. O Inverno é rigoroso ao sul da Argentina, Chile e Nova Zelândia, a pequena ilha situada a sudeste da Austrália, onde também neva durante o Inverno do hemisfério sul nos meses de junho a agosto (06-08), quando é Verão no norte.
Recife, 29/09/2011
e-mail do autor: zecaro108@yahoo.com.br
Revisão e Edição de texto
Kaliana Polihedra
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Créditos
A NASA detém os direitos e disponibiliza esta animação gratuitamente no site
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/BlueMarble/BlueMarble_monithles.php
Imagens feitas pelo artista Reto Stöckli.
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