J. R. Araújo
A lua tem exercido um grande fascínio sobre a humanidade, através dos tempos. Na Antiguidade, as pessoas olhavam para a lua com respeito e reverência. Com o passar dos anos, a lua passou a inspirar os artistas, poetas, escritores e os enamorados. Apenas em meados do século 17, com a invenção de instrumentos óticos (lunetas e telescópios) passou-se a ter uma visão de análise cientifica mais acurada da superfície e dos movimentos da lua, bem como sua interação com a terra. Com o aperfeiçoamento dos cálculos matemáticos e refinamento nos métodos de observação, muito conhecimento foi produzido sobre o par dinâmico Terra-Lua. Com o advento dos programas de pesquisas espaciais, hoje, sabemos muito mais sobre a lua que qualquer outro corpo do sistema solar, exceto a própria terra. Muitos mistérios foram desvendados, muito conhecimento acumulado e cada vez mais aprendemos sobre nosso satélite natural. Sobre sua origem, a lua se nos apresenta um problema bastante curioso. Existem quatro teorias sobre a possível origem da lua como satélite da terra. Todas, entretanto, apresentam certas dificuldades.
1 Teoria da Captura - sugere que a lua era um corpo já formado, ainda jovem, de tamanho semelhante ao de Marte e que girava em uma órbita entre Vênus e a Terra ou entre a Terra e Marte. Eventualmente este corpo foi atraído pela Terra, passando a girar na órbita em que atualmente se encontra.
Dificuldade - é muito improvável que um objeto fora da órbita terrestre, passasse próximo o suficiente e fosse capturado. Se assim o fosse, tal objeto perderia sua energia por completo e colidiria com a terra. O mais provável é que uma colisão entre objetos dessas dimensões destruísse a ambos.
2 Teoria da Simultaneidade - a terra e a lua se formaram ao mesmo tempo, a partir de material fragmentado espalhado em órbitas distintas e se aglutinaram pelas forças de atração gravitacional entre si, formando os dois corpos no mesmo local onde se encontram presentemente.
Dificuldade - existem diferenças e similaridades entre as composições químicas da terra e da lua. As diferenças, entretanto, constituem forte evidência contrária a essa hipótese.
3 Teoria da Perda - esta hipótese sustenta que no período inicial de existência, a terra passou a girar em grande velocidade, quando perdeu parte de sua matéria por centrifugação, que foi expelida a muitos quilômetros de distância, formando a lua e deixando a bacia do Oceano Pacífico como resultado da perda.
Dificuldade - Não existe evidência suficiente que indique uma grande velocidade de rotação da terra em seu período inicial, ou em qualquer outro período, que viesse a resultar numa desagregação de parte de seu material (nas dimensões da lua), ejetado por efeito de uma força centrífuga.
4 Teoria da Colisão - um corpo de grande massa (não tão grande quanto Marte) colidiu com a terra e arrancou grande parte de sua crosta e manto recém resfriados. O corpo também se fragmentou e uma enorme quantidade de material terrestre e do corpo foi lançada ao espaço, passando a orbitar a grandes distâncias. A uma certa distância, conhecida pelos astrônomos como Limite de Roche, cerca de metade do material fragmentado se aglutinou, devido à força de atração entre as partes e a outra metade (a uma distância aquém deste limite) se preciptou em direção à terra.
Dificuldade - apesar dessa ser a teoria atualmente mais aceita, simulação em computador sugere que duas luas acabariam finalmente formadas e não apenas uma.
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Uma das características mais marcantes que observamos na lua é conhecida como as 'Fases da lua", causadas pela nossa visão a partir de diferentes ângulos de observação da iluminação que ela recebe do sol. As fases da lua são nomeadas em número de quatro: Lua Nova, Quarto Crescente, Lua Cheia e Quarto Mingüante. Na figura ao lado, vemos o sol, a lua iluminada pelo sol (círculo externo), as respectivas fases da lua como a vemos (círculo interno) e a terra, no centro. As Fases da Lua, são causadas pelas posições relativas entre o sol, a terra e a lua.
Posiçao 1 - Lua Nova, nesta fase não nos é possível ver a lua.
Posição 2 - Quarto Crescente, quando nos dias que se seguem há um aumento gradual da área iluminada que podemos observar.
Posição 3 - Lua Cheia, a lua apresenta brilho máximo com toda sua circunferência iluminada e visível.
Posição 4 - Quarto Mingüante, há um decréscimo gradual da área iluminada até voltar à fase de Lua-Nova.
Pela beleza e mistério que encerra, é compreensível que as fases da lua tenha maravilhado o homem através dos tempos, ora deixando-o intrigado, ora inspirado e, certamente, contribuíndo muito nas manifestações primitivas de sua religiosidade.
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Os astrônomos e cientistas habitualmente se referem à lua como nosso satélite natural. A distância entre a terra e a lua é de aproximadamente 384.403 Km e a terra tem uma massa seis vezes maior que a lua. A denominação de satélite, contudo, leva em consideração seu tamanho, massa e aparente trajetória ao nosso redor.
Pode parecer que a lua gire em torno da terra, mas não é exatamente assim. Quando dois corpos celestes, de mesma massa, estão próximos um do outro, eles giram em torno de um ponto a meia distância entre eles chamado Centro de Massa (CM) do sistema, que nesse caso coincide com a meia distância entre eles ou o Centro Geométrico (CG) do sistema formado pelos dois corpos. Assim para corpos de massas iguais, o CM coincide com o CG. Ao lado
Quando a massa dos corpos é desigual, este CM se desloca em direção ao corpo de maior massa. À medida que a massa de um dos corpos aumenta em relação a do outro, o Centro de Massa do sistema se desloca na direção do corpo mais massivo, distanciando-se mais e mais do Centro Geométrico do sistema. Acima
No sistema binário terra-lua, a massa da terra é tão maior que a da lua, que o CM do sistema está situado no interior da terra, não no centro, mas um pouco abaixo da sua superfície, como mostra a animação ao lado. CM no ponto +
Assim, a terra e a lua giram em torno de um ponto localizado no interior da terra, um pouco abaixo de sua superfície. Não importa quão grande seja a massa de um corpo em relação a um outro, o CM do sistema formado por esses dois corpos jamais se localizará exatamente no centro do corpo de maior massa, visto que será sempre proporcional às massas envolvidas. Este resultado curioso valida por completo a Lei da Gravitação Universal, proposta por Isaac Newton.
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O conhecido fenômeno das marés ocorre devido às forças de atração gravitacional entre as massas da Terra do Sol e da Lua. Suponha que estejamos visualizando a partir dos Pólos Nortes da Terra e da Lua. A força de atração entre os dois corpos (setas verdes) faz com que as águas oceânicas nas regiões mais próximas sejam atraídas pela Lua, causando uma elevação no nível dos oceanos, mares e lagos, conhecida como maré. Nas regiões indicadas pelas letras A e A', temos a ocorrência da chamada maré-baixa. Quando a Terra gira em seu próprio eixo, segundo o movimento indicado pela seta branca, as regiões indicadas pelas letras A e A' se deslocarão para a parte de trás e da frente da Lua, respectivamente. À medida que a terra gira, a elevação do nível das águas também se desloca, como que seguindo a lua, o que faz com que todas as regiões da terra experimentem o fenômeno das marés diariamente. Na verdade a terra se desloca e a massa d'água continua atraída pela lua. Para quem está na superfície da terra, o movimento aparente das águas oceânicas causa a mudança das marés.
Na animação ao lado, isso fica muito claro, pois a terra gira em torno de seu próprio eixo (rotação), enquanto a massa de água que a envolve fica direcionada para a lua. Como a Terra leva 24 horas para dar um giro completo em torno de seu eixo, cada região terrestre experimenta duas marés altas num período de 12 horas e 12 minutos, intercaladas por duas marés baixas. A cada seis horas, numa determinada região da Terra, ocorre uma maré alta seguida de uma maré baixa, ou vice-versa. Nas marés, o sol contribui significativamente com a atração gravitacional de sua massa, mas a lua desempenha um papel mais importante por sua maior proximidade com a terra, embora tenha uma massa muito pequena, diante da massa do sol. É que a força de atração gravitacional diminui muitíssimo com o aumento da distância.
As marés altas têm amplitudes (elevação do nível da água) máximas a depender de certas posições entre o sol, a terra e a lua em determinadas épocas do ano. Na figura ao lado, temos a Lua Nova (posição 1) situada entre o sol e a terra (Conjunção), quando as massas do sol e da lua contribuem para uma maior força de atração sobre a terra. Nas luas novas as marés alcançam as amplitudes máximas. Na Lua Cheia (posição 3), a lua e o sol estão em "Oposição", com a terra entre eles, situação na qual as marés são altas, embora com amplitude menor que nas Luas Novas, devido à ação concorrente das forças gravitacionais da lua e do sol. Quando ocorrem as marés mais altas do ano, na Lua Nova em uma determinada região, ao mesmo tempo, onde as marés são baixas, estas são as de menor amplitude também. Nas fases da lua de Quarto Crescente e Mingüante (Posições 2 e 4, respectivamente), a terra, a lua e o sol estão em "Quadratura" e nessas condições as marés altas não são as de maior nem menor amplitudes do ano (área no interior da linha vermelha), embora a elevação do nível da água seja a maior do ano para as regiões de maré baixa.
Os efeitos da força gravitacional da lua torna o fenômeno das marés mais visível sobre a massa de água dos oceanos, entretanto, o efeito mais acentuado das marés ocorre sobre a massa de ar que compõe a atmosfera que nos envolve. Sendo o ar um meio muito menos denso que a água, a atmosfera sofre uma deflexão muito mais acentuada pela atração da lua. Todavia, a maior causa das marés atmosféricas não é a lua, mas o aquecimento da massa de ar pela energia do sol, a elevação de vapores de água para as camadas superiores também contribui para o aquecimento dessas massas gasosas e a própria elevação do ar quente, de menor densidade, resulta em maior aquecimento das camadas superiores, aumentando ainda mais a elevação na amplitude da maré. A influência da lua é significativa, se comparada com sua contribuição sobre as marés oceânicas, embora a maior contribuição sobre as marés atmosféricas seja devido à atividade solar, pela transferência de calor.
Assim como a lua exerce uma força de atração na terra, causando as marés, a terra também causa igual força atrativa na lua. Por não conter água nem atmosfera que envolva sua superfície, nenhum fenômeno visível na lua demonstra as forças de 'marés' causadas pela terra.
Há 4,5 bilhões de anos, todavia, a lua continha uma massa líquida de matéria incandescente em seu interior, o magma lunar, circundada por um manto ou crosta recém resfriada em sua superfície. Esse magma era atraído pela força gravitacional da terra, elevando também o nível da crosta recém resfriada. Dessa maneira, havia uma deflexão desse material derretido, juntamente com a crosta sólida, atraídos pela terra. Com um período de rotação rápido, ao girar em torno de seu próprio eixo, a massa que formava essa maré não conseguia se deslocar ao longo da superfície e manter-se diante da terra, devido à sua menor liquidez, como ocorre com a água nas marés terrestres. Com isto, a deflexão (maré) desse material se deslocava sempre de maneira 'atrasada' em relação à nova região da superfície lunar que, no momento seguinte, estava de frente para a terra.
Devemos entender que menor liquidez implica em maior viscosidade, que é devida às forças de atrito existentes entre as partes de um líquido. O magma lunar, constituído de rochas derretidas, tinha altíssima viscosidade. Assim o enorme atrito interno do magma e entre este e as camadas resfriadas que constituíam a crosta da superfície lunar, juntamente com as forças devidas à rotação da lua, todas, se opunham à força de atração gravitacional exercida pela terra. Essas enormes forças concorrentes causaram uma diminuição gradual na velocidade de rotação da lua, e causou sua velocidade angular de rotação se igualar a sua velocidade angular de translação. Com isto o período de rotação da lua é igual ao seu período de translação ( 27 dias, 7 horas, 43 minutos ) o que faz com que a lua sempre tenha a mesma face voltada para a terra. Para termos uma boa compreensão de como isso acontece, vamos entender primeiro os movimentos de rotação e translação e, depois, a conjunção simultânea desses dois movimentos.
Na visualização das figuras seguintes, suponha que sejamos observadores privilegiados com uma visão acima dos pólos nortes da terra e da lua e do plano que as contém.
As leis do Universo, determinam que todo e qualquer corpo solto no espaço executa dois tipos básicos de movimentos: gira em torno de seu próprio eixo (Movimentoi de Rotação) e gira em torno de outros corpos (Movimento de Translação). É imperativo que esses dois movimentos existam, juntamente com a Lei da Gravitação, para que seja resguardado o importante Princípio da Conservação da Energia, que é fundamental em todo e qualquer sistema local, ou global, na Natureza. A lua executa um giro completo (rotação) em torno de seu próprio eixo num período de 27 dias, 7 horas e 43 minutos, aproximadamente. Na figura ao lado vemos um diagrama que mostra a rotação da lua. Suponha que temos uma certa região da lua (marcada com o ponto azul) e leve um período de 28 dias (para facilitar nossa compreensão) para dar um giro completo em torno de seu próprio eixo. Cada um-quarto desse período corresponde a sete dias e ao final dos 28 dias, a lua está com sua face voltada para a esquerda, relativo ao seu eixo, como no início do ciclo.
Como vimos anteriormente, o sistema binário terra-lua gira em torno de seu centro de massa, além de que em sua órbita a lua percorre um caminho levemente elíptico e não totalmente circular. Em sua trajetória em torno da terra, a lua executa o Movimento de Translação em 27 dias, 7 horas e 43 minutos, percorrendo um-quarto de seu trajeto a cada período de sete dias, como dispõe o diagrama ao lado. Ao décimo-quarto dia a lua terá percorrido metade de sua órbita em torno da terra, para nos sete dias seguintes completar 3/4 de seu trajeto, quando retorna a sua posição inicial em relação à terra ao final do vigégimo-oitavo dia (supondo um ciclo de 28 dias). A razão pela qual o período de rotação e de translação da lua são exatamente iguais não é mera coincidência como vimos. Para entender o porquê da lua mostrar apenas uma de suas faces, deixando a outra sempre oculta é o que veremos a seguir.
O magma que abundava o interior da lua, há algumas centenas de milhares de anos, quase que se solidificou por completo, restando apenas uma camada de material parcialmente derretido que circunda uma compacta esfera constituída de ferro sólido bem no seu centro. Levando-se em consideração a dimensão lunar, seu manto rochoso é proporcionalmente espesso sem qualquer atividade geológica.
Como vimos nos diagramas para a rotação e para a translação mostrados acima, podemos agora combiná-los, como está mostrado no desenho ao lado. No primeiro quarto da sua órbita ( 0 a 7 dias ) - a lua viaja para a posição em que se encontra ao sétimo dia, ao mesmo tempo que gira sua face em direção à terra a cada momento do percurso. Esses movimentos são simultâneos e sincronizados. O mesmo ocorre entre os dias 7 e 14 e assim por diante. A cada momento a lua gira um pouco e trafega na mesma proporção. Analisando os movimentos conjuntos para os dias assinalados, podemos entender como a lua mostra o mesmo lado para a terra ( face marcada com o ponto azul ), mantendo o seu lado oposto sempre "de costas" para o nosso planeta.
Assim como as forças gravitacionais da terra agem na lua, da mesma forma as forças lunares afetam a terra. Em passado remoto, as forças da maré terrestre, agindo no magma viscoso, causaram a diminuição da velocida de rotação da lua. O mesmo acontece com a terra; as marés, agindo no incessante e periódico fluxo e refluxo das águas dos oceanos, promovem a gradual e imperceptível diminuição da velocidade de rotação da terra. Isto ocorre devido ao atrito das águas dos oceanos e mares com o leito rochoso que se encontra abaixo dessas imensas massas de água. Ainda levará muitas centenas de milhares de séculos até que a velocidade de rotação da terra se iguale à sua velocidade translação em torno do Centro de Massa terra-lua. Quando isso finalmente acontecer, apenas um lado da terra será visivel da lua, ou, conversamente, apenas uma metade da humanidade terá uma visão da lua. Além disso, essa desaceleração rotacional da terra, faz com que as forças envolvidas no sistema binário estejam em constante mudança, o que inclui num aumento da distância entre esses corpos. Em outras palavras, estamos perdendo nossa companheira, pois ela se afasta à razão de 2,5 centímetros a cada século. Pode parecer pouco, mas daqui a 3,5 bilhões de anos a lua poderá estar tão distante que sua aceleração centrífuga poderá fazê-la deixar a órbita de nosso planeta, passando a girar diretamente em órbita do sol. Então, a teremos perdido definitivamente.
Fase da Terra, da forma como é vista da lua
Para os cientistas, os segredos e mistérios da lua, são problemas astronômicos a serem resolvidos pela pesquisa e cálculos sobre os dados coletados. o Objetivo é estabelecer uma comunidade em solo lunar, como base para a exploração a outras regiões do Sistema Solar e além. Não será tarefa fácil, visto que a lua não contém atmosfera, sua temperatura na superfície varia entre uma máxima de 123 ºC e uma mínima de -233 ºC, constituindo num ambiente bastante inóspido à vida humana. Muito embora razoável quantidade de água congelada tenha sido descoberta sob seus pólos, morar na lua será um imenso desafio, que vái demandar um gigantesco esforço de recursos humano e tecnológico.
Para os não cientistas, os segredos e mistérios da lua são apenas isso: segredos e mistérios. Continuarão sendo percebidos com emoção e inspiração pela beleza que encerra. Como segredo, a relação entre a Terra e a Lua mais parece a cumplicidade entre mãe e filha. Como mistério . . . bem, como mistério . . . a lua nos fascina de tal maneira que, mesmo quando a vemos pela metade, ela nos "ilumina" por inteiros.
Recife,
06/01/2008
Créditos
Primeira foto do artigo (terra - lua vistas do espaço) - solarsystem.nasa.gov
Última foto do artigo (fase da terra vista da lua) - www.npl.washington.edu
Animação do Centro de Massa - Wikipedia the free Encyclopedia
Todas as outras figuras e a animação da maré - J. R. Araújo
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