O movimento do Sol para um observador em repouso na superfície da Terra - isto é, tomando-se como referencial um sistema fixo na superfície da Terra - é conhecido com bastante detalhes desde a Antigüidade. Esse movimento depende da latitude na qual o observador se encontra. A latitude é a distância angular que separa um ponto da superfície da Terra do plano equatorial terrestre.

Para uma determinada latitude, esse movimento varia ao longo do ano. É fácil observarmos algumas características desta variação:

• no hemisfério Sul, as sombras sempre apontam para o Sul e no hemisfério Norte sempre apontam para o Norte;
• as sombras ao meio-dia, durante o Inverno, são muito mais longas do que no Verão;
• no Inverno o Sol permanece visível no céu durante um tempo menor do que no Verão;
• as posições do nascente e do poente se encontram mais ao Norte no Inverno do que no Verão.

O movimento do Sol possui inúmeras conseqüências importantes. Apenas para citar alguns exemplos, ele é responsável pelas Estações Climáticas, pode ser utilizado na determinação da latitude e da direção Norte-Sul geográfica, deve ser tomado em conta no planejamento de habitações e cidades e, historicamente, foi utilizado por Erastótenes de Cirene (bibliotecário da grande coleção de manuscritos de Alexandria) no século III a.C. na determinação do diâmetro da Terra.

A Eclíptica e as Estações do Ano

Devido ao movimento de translação da Terra em torno do Sol, o Sol aparentemente se move entre as estrelas, ao longo do ano, descrevendo uma trajetória na esfera celeste chamada Eclíptica. A Eclíptica é um círculo máximo que tem uma inclinação de 23 graus e 27 minutos em relação ao Equador Celeste. É esta inclinação que causa as Estações do ano.

Uma observação simples que permite "ver" o movimento do Sol durante o ano é através do gnômon. Um gnômon nada mais é do que uma haste vertical fincada no solo. Durante o dia, a haste, ao ser iluminada pelo Sol, forma uma sombra cujo tamanho depende da hora do dia e da época do ano. A direção da sombra ao meio-dia real local (que NÃO é necessariamente o meio-dia marcado pelo relógio) nos dá a direção Norte-Sul. Ao longo de um dia, a sombra é máxima no nascer e no ocaso do Sol, e é mínima ao meio-dia. Ao longo de um ano, considerando-se sempre a mesma hora do dia, a sombra é máxima no solstício de inverno e mínima no solstício de verão. A bissetriz marca o tamanho da sombra nos equinócios. Foi observando a variação do tamanho da sombra do gnômom ao longo do ano (fig 1.2) que os antigos determinaram o comprimento do ano das estações, o chamado ano tropical.

Embora a órbita da Terra em torno do Sol seja uma elipse, e não um círculo, a distância da Terra até o Sol varia somente 3%, sendo que a Terra está mais próxima do Sol em janeiro. Se aqui no hemisfério Sul é verão, apesar da Terra estar mais próxima do Sol, no hemisfério Norte da Terra é inverno. Porque?

A causa das estações é a inclinação do eixo de rotação da Terra em relação à sua órbita. Este ângulo, chamado de obliquidade (inclinação da órbita da Terra em torno do Sol; eclíptica, em relação ao equador da Terra), é de 23º 27'. Devido a esta inclinação, à medida que a Terra orbita em torno do Sol, os raios solares incidem mais diretamente sobre um dos hemisférios, proporcionando mais horas de luz durante o dia sobre este hemisfério e, portanto, aquecendo-o mais (veja a fig 1.1).

No Equador todas as estações são muito parecidas: todos os dias do ano o Sol fica 12 horas acima e 12 horas abaixo do horizonte. A única diferença é a altura do Sol: ao redor de 21 de junho o Sol cruza o meridiano 23º 27' ao norte do Zênite, ao redor de 23 de setembro o Sol cruza o meridiano 23º 27' ao sul do Zênite e, no resto do ano, ele cruza o meridiano entre esses dois pontos. Portanto a altura do Sol ao meio-dia no Equador não muda muito ao longo do ano e, conseqüentemente, não existe muita diferença entre inverno, verão, primavera e outono.

À medida que nos afastamos do Equador, as estações ficam mais acentuadas. A diferença torna-se máxima nos pólos.

Na Terra, a região entre as latitudes -23,5° e +23,5° é chamada de região tropical. Nesta região, o Sol passa pelo zênite pelo menos uma vez por ano. Fora desta região, o Sol não passa pelo zênite. A linha de latitudes 66,5° é chamada de Círculo Polar, norte ou sul. Acima desta linha, o Sol está sempre acima do horizonte no verão e sempre abaixo do horizonte no inverno.

Fontes

Kepler de Souza Oliveira Filho (UFRGS) - Movimento Anual do Sol e as Estações do Ano.

Fernando Lang da Silveira (UFRGS) - O movimento anual do Sol em Porto Alegre.

U.S. Naval Observatory - Day and Night Across the Earth.