Porque existem estações do ano? A inclinação da Terra, não a distância ao Sol

Pode ser inverno na Alemanha e verão no sul da Austrália ao mesmo tempo. As duas regiões pertencem à mesma Terra e, nesse instante, estão praticamente à mesma distância do Sol. As estações devem-se sobretudo à inclinação do eixo terrestre: ao longo da órbita, ela altera a altura do Sol e a duração do dia em cada hemisfério.

«No verão, a Terra está mais perto do Sol» parece plausível, mas não explica o verão do hemisfério norte. Para perceber o mecanismo, separe a rotação diária, o movimento anual em torno do Sol e a direção do eixo.

Um eixo inclinado que mantém quase a mesma direção

O eixo terrestre é uma linha imaginária que atravessa os polos Norte e Sul. A Terra roda em torno dessa linha, produzindo a alternância entre dia e noite. Ao mesmo tempo, percorre a sua órbita em torno do Sol.

O eixo não é perpendicular ao plano da órbita: está inclinado em relação a essa perpendicular. Num modelo simples de um ano, mantém aproximadamente a mesma direção no espaço. A Terra não se inclina de novo em cada verão nem se endireita em cada inverno.

Imagine uma bola inclinada que desloca em torno de um candeeiro, mantendo a extremidade superior apontada para a mesma parede. Numa posição, inclina-se para a luz; na posição oposta, afasta-se dela. É esta mudança de orientação em relação ao Sol que importa (NASA: a causa das estações, em inglês).

Dois efeitos trazem mais luz no verão

Quando um hemisfério está inclinado para o Sol, mudam tanto o ângulo dos raios como o tempo durante o qual iluminam o solo.

1. Um Sol mais alto concentra a luz

Ilumine uma folha de papel de frente com uma lanterna: a mancha de luz é compacta. Incline a folha e a mesma luz espalha-se por uma área maior. Cada unidade de superfície recebe menos luz.

O mesmo princípio aplica-se à radiação solar. Quando o Sol está mais alto no céu, os raios chegam mais diretamente ao solo. Quando está baixo, distribuem-se por uma superfície maior. O serviço meteorológico norte-americano NWS usa este modelo da folha e da lanterna.

2. Dias mais longos dão mais tempo à iluminação

Nas latitudes médias do hemisfério inclinado para o Sol, um lugar passa uma parte maior de cada rotação na metade iluminada da Terra. O Sol permanece mais tempo acima do horizonte.

Raios mais diretos e dias mais longos atuam em conjunto. Explicam o aumento sazonal da energia solar, não a temperatura de cada dia. As nuvens, os movimentos do ar e outras condições meteorológicas também influenciam a temperatura local.

A Terra continua a rodar no inverno. Um dia de inverno curto não significa que rode mais depressa: esse lugar passa menos tempo sob a luz durante a mesma rotação.

Porque são opostas as estações nos dois hemisférios?

Os hemisférios norte e sul situam-se em lados opostos do equador. Quando o norte está mais inclinado para o Sol, o sul fica orientado no sentido contrário. Meio ano depois, a situação inverte-se.

A tabela descreve o ciclo sazonal, não uma previsão meteorológica. Explica porque o Natal ocorre no verão no sul da Austrália e no inverno na Alemanha, sem garantir uma temperatura concreta nessa data.

Nos equinócios de março e setembro, nenhum hemisfério está mais inclinado para o Sol. Mesmo assim, não há exatamente doze horas entre o nascer e o pôr do Sol em todos os lugares. O artigo porque o dia e a noite não têm a mesma duração no equinócio explica a diferença.

O que explica a distância ao Sol — e o que não explica

A órbita terrestre é uma elipse, não um círculo perfeito. A distância ao Sol varia: a Terra encontra-se normalmente mais perto em janeiro e mais longe em julho (NASA Space Place).

É um bom teste à ideia habitual: o inverno do hemisfério norte ocorre precisamente na época de maior proximidade. Comparar os hemisférios torna o problema ainda mais evidente. Uma mudança de distância afeta o planeta inteiro; não explica o verão num hemisfério e o inverno no outro ao mesmo tempo.

A distância não é irrelevante para a radiação recebida. Mas a inclinação do eixo explica o ciclo sazonal oposto que estamos a analisar. «Verão significa mais perto do Sol» não é a regra certa.

Um modelo simples com uma bola e uma luz

Imagine uma bola, uma fonte de luz e uma marca para o Polo Norte:

1. Mantenha a luz no mesmo lugar. Representa o Sol.
2. Segure a bola com o eixo inclinado. A extremidade superior deve apontar na mesma direção durante todo o exercício.
3. Compare duas posições opostas. Mantenha a bola à mesma distância da luz dos dois lados. Numa posição, o Polo Norte inclina-se para a luz; na outra, no sentido contrário.
4. Acrescente mentalmente a rotação diária. Siga um ponto nas latitudes médias do norte: durante quanto tempo fica iluminado e com que ângulo recebe a luz?
5. Compare um ponto a sul. A sua evolução sazonal é oposta.

O essencial não é aproximar a bola do candeeiro. É manter a direção do eixo enquanto muda a posição na órbita. Um candeeiro próximo é um modelo ilustrativo, não uma reprodução à escala do sistema Terra-Sol.

Situar os hemisférios no globo

No LiveGlobe 3D, pode rodar e ampliar o globo e ativar o equador, os trópicos e os círculos polares nas definições. Localize primeiro a Europa e depois a Austrália. O equador mostra que estão em hemisférios diferentes. A aplicação web prevê o início de sessão.

Use o globo para a orientação geográfica e o modelo luminoso para a causa. Rodar o globo no ecrã muda o seu ponto de vista, não a causa física das estações. Para horários solares locais exatos, consulte uma tabela astronómica.

Explore as vistas disponíveis do globo e pergunte, ao passar de norte para sul: qual é o hemisfério mais inclinado para o Sol nesta época do ano?

Perguntas frequentes

O dia e a noite também são estações?

Não. Resultam da rotação terrestre. O ciclo anual das estações resulta da órbita em torno do Sol em conjunto com a inclinação do eixo.

A Terra inclina-se de novo para o Sol em cada verão?

Não. No modelo anual simplificado, a direção do eixo mantém-se quase constante. A mudança de posição na órbita altera o hemisfério que está inclinado para o Sol.

Porque não é verão em todo o planeta ao mesmo tempo?

Os dois hemisférios têm orientações opostas. Quando o norte está mais inclinado para o Sol, o sul fica orientado no sentido contrário. Meio ano depois, a situação inverte-se.