Terra, o sol e uma roda de bicicleta:por que seu livro do ensino médio estava errado sobre o formato da órbita da Terra
Se a órbita da Terra fosse uma roda de bicicleta de 26 polegadas, o desvio de um círculo perfeito seria apenas da espessura de uma camada de tinta. Crédito:Stephen Hughes / Educação Física, CC BY-SA Se você já aprendeu como a Terra orbita ao redor do Sol, você pode muito bem pensar que nosso planeta viaja ao longo de uma trajetória oval que o aproxima muito mais do Sol em algumas épocas do ano do que em outras. Você também teria uma boa razão para pensar isso:é como a maioria dos livros didáticos mostra as coisas.
Na verdade, muitas pessoas presumem que a Terra está mais próxima do Sol no verão do que no inverno. Na verdade, isso é verdade durante o verão no hemisfério sul, mas também não pode ser verdade no verão no hemisfério norte.
No hemisfério sul, a Terra está 5 milhões de quilómetros mais próxima do Sol no verão do que no inverno, mas no hemisfério norte acontece o contrário. A distância média Terra-Sol é de 150 milhões de quilómetros, e a principal razão para as estações é que a Terra está inclinada, pelo que cada pólo por vezes aponta mais para o Sol e por vezes mais para longe dele.
Portanto, a órbita da Terra tem apenas um desvio relativamente pequeno da circularidade perfeita. Mas por que é tantas vezes mostrado praticamente em forma de ovo? E como podemos visualizar a situação real?
Considere a roda da bicicleta
Para tentar entender o quão circular era a órbita da Terra e de outros planetas, decidi comparar o formato da órbita da Terra com uma roda de bicicleta comum de 26 polegadas, reduzindo as dimensões reais para caber - e consultando minha bicicleta local. compre sobre o que os desvios significariam para uma roda real. Fiquei muito surpreso com o resultado. A verdadeira forma da órbita da Terra:quase um círculo. O comprimento a é o semi-eixo maior da elipse eb o semi-eixo menor. Afélio é a distância mais distante que a Terra está do Sol e o periélio é o mais próximo. Stephen Hughes / Educação Física, CC BY-SA A órbita estava muito mais próxima de um círculo perfeito do que eu pensava anteriormente. Se a órbita fosse uma roda de bicicleta de 26 polegadas (660,4 mm), o desvio de um círculo perfeito seria inferior a 0,1 mm. Isso é comparável a uma fina camada de tinta – essencialmente indistinguível de um círculo perfeito a olho nu.
Em meu estudo publicado em Educação Física , olhei para os outros planetas também. As órbitas de Vênus e Netuno estão ainda mais próximas de círculos perfeitos, com a órbita de Vênus desviando apenas 14μm (um μm ou micrômetro é um milionésimo de metro) e Netuno 31μm.
Os planetas com órbitas menos circulares são Marte e Mercúrio. Se a órbita de Marte fosse uma roda de bicicleta de 26 polegadas, ela estaria desviada em pouco menos de 3 mm – dificilmente perceptível se você estivesse andando de bicicleta com uma roda fora da realidade nessa proporção.
Mercúrio tem a menos circular das órbitas, com um desvio de 14 mm, embora ainda seja de apenas 2%.
Se você tem uma bicicleta, é provável que suas rodas não sejam tão circulares quanto a órbita de Marte. Se você teve uma colisão decente com um meio-fio ou uma pedra, sua roda dianteira pode até ser menos circular que a órbita de Mercúrio. O livro de física comum mostra de forma um tanto enganosa a órbita da Terra ao redor do Sol assim. Crédito:Stephen Hughes / Educação Física, CC BY-SA Um pequeno desvio
Leitores com mentalidade matemática podem ter uma pergunta depois de lerem o que foi dito acima:se a Terra está em média a 150 milhões de quilômetros do Sol, e essa distância varia em 5 milhões de quilômetros ao longo de um ano, o desvio em sua órbita não deveria ser um pouco menor? mais de 3%?
A resposta a esta pergunta é que o sol não está no centro da elipse, mas deslocado para um lado como um ponto denominado foco. Se durante a formação um planeta viajasse na velocidade certa para neutralizar a gravidade, ele viajaria em círculo.
No entanto, no universo real, os planetas raramente andam na velocidade certa para um círculo. Às vezes eles viajam um pouco mais rápido e às vezes mais devagar, o que só pode ser alcançado com uma órbita elíptica.
Círculo completo
Milhares de anos atrás, os antigos gregos acreditavam que todos os objetos celestes orbitavam ao redor da Terra, viajando em círculos perfeitos.
Esta ideia manteve-se em vigor durante cerca de 1.500 anos, até que o astrónomo polaco Nicolau Copérnico (1473-1543) percebeu que os planetas (incluindo a Terra) na verdade orbitavam em torno do Sol. Copérnico pensava que as órbitas eram circulares. Mais tarde, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571–1630) percebeu que estava errado e elaborou as três leis do movimento planetário.
A primeira lei é que as órbitas dos planetas são elípticas e não circulares. A terceira lei liga o tamanho da órbita de um planeta à quantidade de tempo que leva, de uma forma que é um pouco complicada para abordarmos aqui.
A segunda lei é que, se traçarmos uma linha do Sol até qualquer planeta, a linha percorrerá áreas iguais em períodos iguais de tempo à medida que o planeta se move. Pense em pizza – uma fatia estreita de uma pizza grande pode ter a mesma área que uma fatia larga de uma pizza pequena. Isso acontece porque os planetas se movem mais rápido quando estão mais próximos do sol.
A principal razão pela qual as órbitas são desenhadas como elipses nos livros didáticos é para demonstrar a segunda lei de Kepler. Se a órbita da Terra fosse desenhada conforme mostrado no diagrama em escala correta, seria impossível ver qualquer diferença nas cunhas.
No entanto, isto pode dar a impressão de que a órbita da Terra é muito mais elíptica do que realmente é. Na verdade, esses diagramas não estão errados – são um exagero, uma espécie de caricatura matemática que enfatiza uma característica importante.
Embora os antigos gregos estivessem errados sobre a Terra estar no centro do sistema solar, eles não estavam muito errados sobre as órbitas dos planetas. Então, se você me desculpa o trocadilho, fechamos o círculo.
