Movimentos Orbitais

24 de maio de 2022

Rotação e translação são termos que você provavelmente já ouviu falar. Mas, os movimentos orbitais estão muito além de uma curta e rasa definição. No texto de hoje, conheceremos mais detalhes sobre eles!

Você sabia que as órbitas dos planetas em torno do Sol não formam um círculo perfeito? Elas são elípticas, o que significa que são achatadas. Matematicamente, dizemos que a figura cônica é uma elipse se ela tem excentricidade menor que 1. A excentricidade é dada por uma relação entre a distância do centro e ponto mais distante da elipse, como é mostrado na figura 1 abaixo.

Figura 1: Excentricidade

Através do GIF 1 abaixo, vemos o círculo em vermelho que tem o foco no centro, logo a distância C e a distância A mostradas na figura 1 são iguais, ou seja, sua excentricidade é 1. A elipse tem dois focos, eles ficam igualmente distanciados do centro da elipse, com um experimento simples conseguimos entender o posicionamento dos focos em relação ao limite da elipse. 

Órbita elíptica por excentricidade / GIF 1: Excentricidade Orbital 

Tomando o GIF 2 de exemplo, se colocarmos um prego no foco F1 e outro no foco F2, e em seguida amarrarmos um barbante neles, de modo que fique cordão “solto”, usando uma caneta, que estique o barbante o máximo possível, conseguimos orbitar a caneta em volta dos focos e desenhar o limite da elipse como é simulado no GIF2. 

GIF 2: Elipse

Movimento Planetário

Tendo os planetas órbitas elípticas em torno do Sol, a distância entre eles e a nossa estrela é variável, ou seja, por vezes eles estão mais próximos e por vezes mais distantes. Chamamos de periélio o ponto da órbita do planeta em que está mais próximo do Sol, já o ponto em que o planeta está mais distante do Sol é chamado de afélio. Além dos planetas, outros corpos celestes também têm órbitas elípticas, como os cometas.

O astrônomo Johannes Kepler, através de observações dos movimentos planetários com os dados precisos do Tycho Brahe, postulou leis universais que descrevem os movimentos dos corpos em torno do Sol, as leis físicas ficaram conhecidas como leis de Kepler. Dentre as três leis que ele observa, duas são particularmente interessantes para o tema dessa leitura, a primeira afirma que os planetas têm órbitas elípticas e o Sol está em um dos focos dessa elipse, como mostra a Figura 2. 

Figura 2: 1ª lei de Kepler

Na segunda lei, Kepler conclui que os planetas percorrem áreas iguais em intervalos de tempos iguais, como é mostrado na figura 3, em que as áreas  A1 e A2 são iguais, e o tempo que a Terra demora para percorrer as áreas também é igual. 

Figura 3: Lei das áreas

Com a segunda lei podemos concluir que quanto mais próximo do Sol, mais rápida é a órbita do planeta como podemos observar com o GIF 3, a razão de isso acontecer se deve a interação com a força gravitacional entre Sol e o planeta.

GIF 3: Segunda Lei de Kepler 

Devido a proximidade e afastamento da Terra em relação ao Sol é comum que as pessoas associem erroneamente as estações do ano com o afélio e periélio, a verdade é que a excentricidade da órbita da Terra não é tão significativa. No periélio a distância Terra-Sol é aproximadamente 147,1 milhões de quilômetros e no afélio é de aproximadamente 152,1 milhões de quilômetros, e essa diferença de 5 milhões de quilômetros não é significativa perto da distância média Terra-Sol que é de 150 milhões de quilômetros, ou seja, sua órbita é quase circular.Então, essas distâncias referentes ao afélio e periélio não seriam suficientes para causar estações do ano aqui na Terra. Além disso, quando é verão para os habitantes do hemisfério sul é inverno para os habitantes do hemisfério norte, se o afélio e periélio fossem os responsáveis pelas estações, teríamos a mesma estação para o hemisfério norte e sul. Então o que causa as estações do ano? 

A causa das estações do ano é a inclinação do eixo de rotação da Terra. 

Como vemos no GIF 4, a rotação da Terra está inclinada em 23,5°, como ela, outros planetas também estão inclinados, ou seja, também há estações do ano em outros planetas. Isso mesmo! 

GIF 4: Inclinação dos planetas

Como vemos no GIF 4, a Terra não gira “em pé”, o eixo de rotação da Terra tem inclinação de 23,5°. Isso permite que em alguns pontos da órbita da Terra em torno do Sol, o hemisfério sul receba mais luz solar, indicando verão para sul e inverno para o norte, e no ponto oposto da órbita da Terra em torno da nossa estrela, o hemisfério norte recebe mais luz solar que o hemisfério sul, indicando inverno no sul e verão no Norte. Quando o planeta recebe quantidades diferentes de luz solar, chamamos esse fenômeno de Solstício e ele é mostrado nos GIFs 5 e 6.

GIF 5: Solstício de junho

GIF 6: Solstício de dezembro

Quando os dois hemisférios recebem a mesma quantidade de luz chamamos este fenômeno de Equinócio. No equinócio, um dos hemisférios está no outono e o outro na primavera, a Figura 4 mostra as quatro estações para o hemisfério sul e sua posição em relação ao Sol. Note que devido a inclinação da Terra, por vezes temos o polo norte iluminado (verão no Norte), e no ponto oposto o polo Sul está iluminado (verão no Sul). 

Figura 4: Estações do ano na Terra

Essa característica dos movimentos orbitais não ocorre só com as estrelas, também acontece com os planetas. Por exemplo, a Lua tem órbita elíptica em torno da Terra, o que significa que em alguns pontos dessa órbita nosso satélite estará mais próximo da Terra com órbita elíptica, e em outros estará mais distante. Chamamos de perigeu o ponto na órbita em que o satélite está mais próximo da Terra e de apogeu o ponto da órbita que o satélite está mais distante da Terra. 

Figura 5: Comparação da distância Terra – Lua 

Quando o perigeu da Lua coincide com a fase cheia da Lua chamamos a Lua de Super Lua, pois como ela está mais próxima da Terra, a vemos maior no céu. No perigeu a distância da Lua até a Terra é de 405.978 km e no apogeu é de 357.210 km. A Lua pode ficar até 14% maior e 30% mais brilhante no perigeu que no apogeu.

Figura 6: Comparação do tamanho da Lua no apogeu e no perigeu

Link figura 6: https://www.jpl.nasa.gov/edu/images/activities/supermoon_size_brightness.png

[Texto de autoria da Aline Ribeiro, estagiária do Núcleo de Astronomia]