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Por que existem as estações do ano?

Primavera, verão, outono e inverno. Porque o clima varia tanto ao longo ano e com tamanha regularidade. A explicação pode ser bem diferente do que você aprendeu. Entenda as razões.

As estações do ano existem por causa da inclinação do eixo da Terra em relação ao seu plano orbital ao redor do Sol.
[UFRGS]
É possível que seu professor de geografia ou ciências, com a melhor das intenções, possa ter dito algo do tipo:
A Terra gira em torno do Sol em uma trajetória elíptica, o que faz com que haja um momento que ela esteja mais próxima do Astro-rei e em outro momento no ponto mais distante.

Até aqui tudo bem, o problema é se seu mestre finalizar a explicação com a seguinte conclusão:

Assim, quando a Terra está mais próxima do Sol, ela esquenta mais e quando mais distante ela está mais fria, o que causa as diferentes estações do ano. Por isso no verão é mais quente e no inverno é mais frio. #SQN

Se foi assim que você aprendeu é hora de rever os seus conceitos. Porém, se serve de consolo, saiba que você não está sozinho.
Em 1988, os cientistas americanos Matthew Schneps e Philip Sadler perguntaram a 23 professores e alunos de física da Universidade de Harvard: "por que é mais quente no verão que no inverno?". Apenas dois acertaram. Todos os outros responderam que era por causa da variação na distância entre a Terra e o Sol. A iniciativa fez parte do projeto Private Universe ("Universo Privado"), que auxilia educadores a esclarecer mitos ligados à ciência. Revista Super
    Para começar, é provável que quando foi fazer essa explicação o professor tenha feito um desenho da terra orbitando o Sol como uma elipse da seguinte forma:

    A Terra girando em torno do Sol formando uma elipse e o Sol em um dos dois focus dessa elipse. Esse desenho é bem exagerado, embora ajude a entender que a órbita não é circular (e já deverá auxiliar na introdução das explicações das leis de Kepler). Pois bem, olhando para essa imagem tem-se a impressão de que em algum momento a Terra estará beeeem mais próxima do Sol, no ponto chamado de periélio, o que reforça essa impressão de aumento de temperatura.



    Em contraposição, no ponto mais distante do sol (afélio) a Terra parece estar muuuito mais distante, o que iria ao encontro com a tese do frio no inverno. O que os professores NÃO costumavam dizer é:
    Quando a Terra está mais distante do Sol, a temperatura média do planeta é MAIOR. Isto é, a Terra mais longe do Sol fica mais quente.
    Além disso, não há uma única estação para a Terra como um todo.
    Quando é verão por aqui, no hemisfério sul, é inverno no hemisfério norte. E vice-versa.
    É por isso que a neve é tão ligada ao Natal nos filmes de Hollywood, enquanto aqui está um calor de rachar (pelo menos tem ar condicionado nos shoppings, sorte de alguns papais noéis  dos trópicos).

    Conforme podemos observar na figura, que mostra as órbitas realísticas dos planetas Marte, Terra e Mercúrio com uma linha contínua e como seriam as órbitas circulares com um linha pontilhada. A excentricidade da terra (e)  é bem pequena. Ou seja, a terra tem uma órbita quase circular, onde essa distância em relação ao sol afeta muito pouco a temperatura do globo.

    Então, por que temos essas variações de temperaturas? Por que afinal temos as estações do ano? E por que quando a Terra está mais longe do Sol ela fica mais quente? Depois dessa pequena reflexão vamos entender isso (Spoiler: é a inclinação da Terra).

    A natureza não quer saber dos nossos problemas. O mundo não é uma esfera perfeita (embora o Sol esteja quase lá). O dia não tem 25 horas, o ano não tem 360 dias, apesar dos antigos babilônios ignorarem (consequentemente os meses não têm 30 dias), e nem a terra está perpendicular em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol (esqueça os móbiles do sistema solar de pendurar nas luminárias).  É por isso que os bons globos terrestres à venda são inclinados em 23° 27' em seus eixos de rotação (e você pensando que era para ver melhor os países, não é? Acaba ajudando mesmo... :P ).

    Pois bem, se você pegasse uma lanterna e colocasse ao lado de um globo desses (no rumo do equador, se ele não estivesse inclinado) notaria que um dos hemisférios receberia mais luz do que o outro. Deslocando a lanterna para o lado oposto notaria que o outro hemisfério é que receberia mais luz. Repare que isso não aconteceria se não houvesse a inclinação e também não é necessário que a inclinação aumente ou diminua para que o fenômeno ocorra.
    É a inclinação da terra que faz com que o hemisfério norte e sul recebam diferentes intensidades de luz solar ao longo do ano.
    Isso simula o que ocorre quando a Terra gira em torno do sol com essa inclinação. O ótimo Simulador de Estações do Ano com Eclíptica (a eclíptica corresponde ao plano da órbita terrestre) mostra isso muito bem, inclusive com animação da Terra ao longo do ano. Recomendo especialmente para professores por ser bastante interativo (exige Flash Player para rodar).


    É por causa dessa inclinação que à medida que a Terra orbita em torno do Sol, os raios solares incidem mais diretamente em um hemisfério ou em outro, proporcionando mais horas com luz durante o dia a um hemisfério enquanto que diminui a quantidade do outro e vice-versa, aquecendo mais um hemisfério que o outro o outro. Essa transição de um "estado" para o outro caracteriza as estações do ano.
    Se, por acaso, a inclinação fosse 0 °, ou seja, a Terra girasse com o seu eixo perpendicularmente ao plano da Eclíptica, todos os “dias claros” e noites teriam sempre a mesma duração (12 h); seria um eterno Equinócio (os planos da Eclíptica e do Equador coincidiriam) e não existiriam as estações do ano. INPE
    E quando começa cada estação do ano? Vejamos, as latitudes 23,5° Sul (trópico de Capricórnio) e 23,5° Norte (trópico de Câncer) são os locais onde o sol, em seu movimento aparente (na verdade é a Terra que gira em torno de seu próprio eixo), passa pelo zênite (o ponto mais alto do céu) uma vez por ano ao meio-dia real (esqueça horário de verão para esse entendimento), o momento quando isso ocorre é denominado solstício. Entre esses dois trópicos o sol passa pelo zênite duas vezes por ano (ao meio-dia).

    Pois bem, quando o sol passa no zênite sobre o equador (a linha que divide a terra em hemisférios norte e sul)  temos 12h de dia claro e 12h de noite em todo o globo. Esse momento em que o Sol, em seu movimento anual aparente, corta o equador, fazendo com que o dia e a noite tenham igual duração é chamado de equinócio (o termo equinócio vem do latim, aequus (igual) e nox (noite), e significa "noites iguais").

    A data de início de cada estação depende dos dois solstícios e dos dois equinócios e variam ao longo do tempo.
    • No equinócio de março tem início o outono no hemisfério sul e a primavera no hemisfério norte. 
    • No solstício de junho começa o inverno no sul e o verão no norte. 
    • No equinócio de setembro, temos o início da primavera no sul e do outono no norte.
    • No solstício de dezembro começa o verão no hemisfério sul e o inverno no norte.
    O vídeo a seguir ilustra tudo isso de modo mais animado.


    Mas espere, ainda não acabou. Por que então que a Terra é mais quente quando está mais longe do Sol?

    Isso acontece porque continentes e oceanos não são distribuídos uniformemente ao redor do globo. Há mais terra no hemisfério norte e mais água no sul. Durante o mês de Julho, a hemisfério norte, cheio de terra, está inclinado em direção ao Sol.
    A temperatura da Terra (a média, de ambos os hemisférios) é ligeiramente maior em julho porque o Sol está brilhando sobre toda aquela terra, a qual aquece com bastante facilidade.
    Roy Spencer do Centro Global de Hidrologia e Clima (GHCC) da Nasa
    Os físicos diriam que os continentes têm baixa capacidade de calor. Já com a água é diferente. Ela possui capacidade de calor elevada. "Estamos mais perto do Sol em janeiro", diz Spencer, "mas a luz solar extra se espalha por todo os oceanos."

    O verão no sul em janeiro, no periélio, é, portanto, mais frio do que o verão do hemisfério norte, em julho, no afélio.

    Como bônus, selecionamos outro vídeo, em inglês, que dá mais detalhes sobre o mecanismo das estações. Clique AQUI para assistir. Qualquer dúvida, sugestão ou comentário deixe suas impressões digitais abaixo. Até a próxima.


    *Caso o Simulador de Estações do Ano e Eclíptica não funcione por requerer Flash Player, tente o Season Simulator do Khan Academy (Simulador de Estações do Ano, versão traduzida para português).

    Fonte: NASA ScienceToday I Found Out UFRGS, INPE, Astronomia Singular, Wikipedia, Super, Power House Museum, Mr. Myrtue´s World, Khan Academy
    [Visto no Brasil Acadêmico]

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    Brasil Acadêmico: Por que existem as estações do ano?
    Por que existem as estações do ano?
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