Ao meio-dia, às 12:00, e o sol não é meio-dia. Como isso é possível?

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Sua intuição provavelmente lhe diz que ao meio-dia é melhor procurar o sol exatamente à tarde. No entanto, isso nem sempre é o caso. Às vezes, o sol do meio-dia ainda está no lado leste do céu, e às vezes já está no lado oeste. Como funciona? vamos ver

Justifiquemos primeiro a possibilidade de observar o Sol ao meio-dia em outra direção que não o sul, o que se deve à natureza esférica da Terra e à inclinação de seu eixo de rotação em relação ao plano em que o Sol orbita.

Ao meio-dia o sol pode ser visto mais ou menos na direção? Bem, em que

Bem, enquanto o sol na Polônia é realmente visível mesmo no verão na direção dos “países quentes”, ou seja, ao sul, quanto mais ao sul estivermos, mais alto ele subirá acima do horizonte durante o dia.

O sol no céu

No Trópico de Câncer, que atravessa o México, o norte da África e a Índia, bem como o sul da China, o Sol aparecerá diretamente no céu no dia do solstício de verão. Por outro lado, tal situação no equador de Capricórnio, que passa pela América do Sul, África do Sul e Austrália, ocorrerá nos solstícios de inverno.

A elevação é o momento em que o corpo celeste está mais alto acima do horizonte em um determinado dia. Para o Sol, equiparamos este momento, infelizmente erroneamente, a um vago jantar

Ao sul dos trópicos de Capricórnio, o sol está sempre visível no lado norte. No equador, por outro lado, é visível na metade do ano ao sul e na outra metade ao norte. Também lá o sol nasce e se põe exatamente na direção vertical durante todo o ano. Portanto, o pôr do sol perto do equador é muito mais rápido do que na Polônia, e a diferença entre o dia mais longo e o mais curto do ano é pequena.

Os trópicos no Círculo Polar Ártico
A zona intertropical, marcada em vermelho, onde o sol nasce uma vez do norte e uma vez do sul do céu (foto: Genetics4Good CC BY-SA 3.0)

No caso de áreas muito além do Círculo Ártico, quando o Sol paira no horizonte por dias, aparentemente não muda de altitude. Na prática, sobe todos os dias “ao meio-dia” a uma altura ligeiramente diferente.

Volta, no entanto, às 12h00, o que nos surpreende. Dada a explicação acima, ao meio-dia o sol deveria teoricamente estar exatamente ao sul ou ao norte, possivelmente diretamente acima de nossas cabeças. No entanto, este é apenas o caso em determinados dias do ano ou em determinados locais.

O que nosso relógio realmente mostra, ou seja, os horários e fusos horários oficiais

A explicação para a primeira parte deste quebra-cabeça está na palavra guarda. Exatamente o que ele mede? O que usamos hoje é mais frequentemente um smartphone ou smartwatch sincronizado com relógios atômicos muito precisos. Infelizmente tenho que decepcioná-lo, o relógio mede a hora oficial, ou seja, a hora imposta administrativamente em uma determinada região.

O horário oficial é dividido em fusos horários, cujo intervalo geralmente é escolhido para não prejudicar o funcionamento das pessoas e da economia. Portanto, a maior parte da Europa é coberta por um fuso horário, mas nos Estados Unidos, por exemplo, já temos vários desses fusos

Temos a Hora da Europa Central (CSE) em quase toda a Europa. Portanto, se a hora é 12:00 em nosso país, então 12:00 também é no continente espanhol. E ainda assim o Sol ali ao mesmo tempo não pode estar na mesma posição no céu. Você simplesmente não pode. O tempo solar, ou seja, o tempo que decorre da rotação da Terra, é diferente em cada meridiano. Teoricamente, o tempo será diferente em cada lado da mesa em que você estiver sentado.

A hora oficial para um determinado fuso horário corresponde à hora solar do meridiano, cuja distância angular do meridiano principal é um múltiplo de 15 graus e o número da zona

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Fuso horário
Fusos horários mundiais. Como você pode ver, não há regra de divisão aqui. A maior parte dos Estados Unidos, enquanto se estende à China, é zoneada em oposição ao último

A hora CSE é na verdade a hora solar, que é válida no meridiano de 15 graus de longitude leste. Varsóvia, por exemplo, está localizada no meridiano de 21 graus (leste desse meridiano), então o sol aqui ao meio-dia já deve estar no oeste. Normalmente, cerca de uma dúzia de minutos depois do meio-dia. 11:00, é mostrado mais ao sul em um determinado dia e mais alto no céu. Por outro lado, em Barcelona, ​​que fica perto do meridiano primário quando o sol nasce no céu, os relógios já marcam. Assista o jantar ainda está no lado leste do céu.

É por isso que se diz que na Espanha você vai dormir tarde porque o dia é simplesmente mais longo lá do que na Europa Central. É apenas uma questão de hora administrativamente aceita. O mundo inteiro está dividido em 24 fusos horários, mas devido ao fato de que nem todos os países são retangulares como o estado de Wyoming nos Estados Unidos, os fusos horários nem sempre correspondem à nossa intuição.

Analema
Um exemplo da posição do sol no céu em diferentes dias do ano no mesmo horário oficial (levando em consideração a mudança para o horário de inverno) na latitude da Polônia. A curva formada por esses elementos é chamada de analema. Na Terra tem a forma de um oito, enquanto em Marte tem a forma de uma pêra (foto: jailbird CC BY-SA 2.0 de)

Os amadores de observações noturnas estão muito familiarizados com o exposto. O tempo do relógio não é tão importante quanto o tempo sideral, que determina a localização das estrelas e outros objetos no céu.

Diagrama de analema
O diagrama analema para a posição do Sol ao meio-dia, para lugares no hemisfério norte da terra com latitude 51 graus, ou seja, como Wrocław, Lublin, mas com uma boa aproximação também para toda a Polônia. Aqui temos a altura acima do horizonte e azimute (180 graus é direção sul)

Se a hora oficial foi determinada para cada meridiano, é a hora solar, mas a média

Bem, sabemos que para que o tempo primevo corresponda mais de perto ao tempo solar, ou seja, relacionado com o movimento diário e a posição do Sol no céu, o relógio deve mostrar o tempo correspondente a este meridiano em cada meridiano da Terra. Não é tecnicamente possível e, portanto, a diferença no tempo solar entre as fronteiras leste e oeste da Polônia é de várias dezenas de minutos.

Armados com este conhecimento, saímos para o pátio, introduzimos a correção de tempo no relógio relacionada à nossa distância do meridiano de 15 graus (os habitantes do oeste da Polônia têm sorte, porque é aqui que esse meridiano corre), olhamos para 12 exatamente ao sul e… isso. As chances de que o sol seja visível exatamente meio-dia ao meio-dia são em torno de 4 a 365. De qualquer forma, não olhe para o sol em si, apenas use uma vara e meça a direção de sua sombra. Quando voltado exatamente para o norte, o sol está exatamente para o sul.

A hora média do sol e a hora certa do sol. A diferença é importante

Por que as chances são de 4 em 365, ou cerca de um por cento? Bem, esquecemos que a Terra orbita o Sol em uma elipse, não em um círculo. ou seja sabemos disso muito bem, mas ainda precisa ser levado em conta em nossos cálculos. Além disso, também é necessário acrescentar o fato de que o eixo de rotação da Terra é inclinado em relação à eclíptica.

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Equação de tempo
Equação do tempo, gráfico de valores ao longo do ano. Quando o valor é negativo, nossos relógios estão à frente do verdadeiro tempo solar, enquanto positivo é o oposto. Se fizéssemos um gráfico baseado nas diferenças de posição do Sol ao mesmo tempo, obteríamos algo semelhante (foto: Pedro Sánchez CC BY-SA 3.0)

O tempo solar correspondente ao equador que associamos ao tempo oficial e o fato de a Terra fazer uma revolução em 24 horas é na verdade o tempo solar médio. Então, um que seria a verdadeira luz do sol em uma órbita circular.

O tempo solar verdadeiro pode ser calculado a partir do tempo solar médio ou vice-versa usando a chamada equação do tempo

Essa discrepância, ou seja, o movimento mais rápido da Terra ao redor do Sol no inverno polonês, mais lento no verão, e a influência da inclinação da eclíptica em direção ao equador da Terra, é corrigida pela chamada equação do tempo. Seu gráfico é como mostrado no diagrama acima. A correção do tempo solar médio às vezes é positiva, às vezes negativa. Somente em 15 de abril, 13 de junho, 1º de setembro e 25 de dezembro é a correção zero.

Realizamos as ações, calculamos a correção da hora oficial para a média solar e o sol verdadeiro, e sabemos quando o Sol estará visível no céu ao sul em um determinado dia. Tem certeza? Não necessariamente, embora esse erro possa ser esquecido.

Este último fica, ou seja, a direção devidamente definida para o sul

Falta mais um detalhe importante, e mesmo assim tentamos ser o mais precisos possível. Não é nem sobre o clima, mas como definimos a direção para o sul.

Atualmente, a bússola aponta para o norte com muito mais precisão do que no século XIX ou XX. Isso é consequência da migração do polo magnético, que agora está próximo do polo geográfico

Se você fizer isso com uma bússola, será a direção que segue da localização dos pólos magnéticos, e queremos dizer a direção sul que é resultado da rotação da Terra. Como você o designa? De preferência à noite, quando a Estrela do Norte nos ajudará. É ela quem nos dá essa chance com muito pouco erro. Ele aponta para o norte, e o sul está exatamente no lado oposto. Os habitantes do hemisfério sul da terra não têm tanta sorte, não há uma estrela particularmente brilhante lá perto do pólo celeste sul.

Solur, ou seja aqueles que nunca foram apressados ​​ou atrasados

O relógio natural que mostra a verdadeira hora do dia é o relógio de sol. Podemos encontrá-los tanto em locais históricos quanto em uma versão mais moderna em parques. Mas mesmo esse relógio, embora mostrasse com bastante precisão a hora solar real (o erro se deve à leitura inconveniente da hora exata), teve que ser construído corretamente e adaptado ao local onde era usado. Daí os relógios de aparência diferente que encontraremos em diferentes partes do mundo. Alguns deles eram bastante complicados em design, como o relógio Orloj em Praga (foto abaixo). Havia também painéis solares portáteis.

Solução

Eles foram usados ​​muito depois que o homem recebeu a capacidade de construir relógios mecânicos, e o sistema de cronometragem começou a levar em conta os fusos horários. Somente no século 20 os relógios de sol se tornaram meras estruturas representativas do patrimônio histórico e cultural. E nós? O que faríamos sem as habilidades de tempo como a que você usou para ler este texto? E mesmo que não precisemos mais do Sol para calculá-lo, ainda levamos em consideração sua posição e introduzimos pequenas correções de tempos em tempos, chamadas de segundos bissextos. Entre outras coisas, eles corrigem irregularidades na rotação da Terra.

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