Rotação e translação lunar e suas consequências

 

O movimento sincronizado da Lua

Vistas do espaço, a Terra e a Lua podem considerar-se um planeta duplo, dada a notável relação de tamanhos. O nosso satélite possui um diâmetro de 3476 km, ou seja, cerca de 1/4 do da Terra.

Representação da órbita elíptica da Lua

Entre os vários movimentos da Lua, destacam-se o de translação (em volta da Terra) e o de rotação (sobre si própria). Estes movimentos realizam-se no sentido directo, que é o mesmo em que os planetas orbitam em torno do Sol.

No seu movimento de translação, a Lua descreve uma órbita elíptica em torno da Terra. A distância entre a Terra e a Lua varia entre 356 400 km, na posição mais próxima (chamada perigeu), e 406 700 km, na posição mais afastada (apogeu). A excentridade da órbita Lunar é muito pequena (0,055).

Este movimento de translação demora 27,3 dias, tempo durante o qual a Lua completa uma volta em torno da Terra e retoma a sua posição aparente relativamente às estrelas. Durante esse mesmo tempo, a Lua efectua uma rotação sobre si própria. Por isso, o nosso satélite volta para nós sempre a mesma face (face visível), enquanto a outra metade que nunca é visível da Terra (face oculta). Diz-se assim que o movimento de rotação da Lua é sincronizado.

Comparação entre o movimento de rotação sincronizado e não sincronizado. Repare-se que no movimento sincronizado, a Lua apresenta sempre a mesma face voltada para a Terra.

A Lua tem ainda um segundo movimento de translação, em torno do Sol, arrastada pela Terra, além de outros movimentos de maior complexidade.

 

As fases da Lua

As fases da Lua.

As posições da Lua, relativamente à Terra e ao Sol, dão origem a que, a partir do nosso planeta, se observem porções variáveis da metade da superfície lunar sempre iluminada pela luz solar. Estes diferentes aspectos são as fases da Lua conhecidas vulgarmente pelos nomes lua nova, quarto crescente, lua cheia e quarto minguante. A primeira corresponde ao momento em que a Lua passa entre a Terra e o Sol e, por isso, não é visível (a metade iluminada está no lado oposto). Cerca de dois dias após a lua nova, passa já a avistar-se um pequeno crescente, cujo tamanho vai aumentando. Quando a parte visível corresponde a metade do quarto crescente é comum dizer-se que a Lua atingiu a primeira falcada. Dias depois é alcançado o quarto crescente e depois, a caminho de primeira giba e lua cheia.

 

 

À separação entre as partes iluminadas e as obscuras dá-se, por vezes, o nome de círculo de iluminação ou terminador, linha que vai progredindo de oeste para leste, de noite para noite. Uma semana depois de quarto crescente não há terminador pois é visível toda a face iluminada. Esta fase é denominada lua cheia, é a menos interessante para as observações de pormenores da superfície lunar pois a incidência perpendicular dos raios solares não permite beneficiar das sombras observadas junto ao terminador, quando ele existe. Cerca de três dias e meio depois atinge-se a segunda giba e depois quarto minguante

 

É evidente que se na primeira falcada a lua é observável próximo do horizonte (a oeste) a seguir ao pôr do Sol, nesse momento ela estará praticamente a sul quando for quarto crescente. Na fase de lua cheia, estará a surgir no horizonte, a leste, quando o Sol desaparece no lado oposto.

 

No quarto minguante, a Lua nasce por volta da meia-noite, e cada vez mais tarde com a aproximação da segunda falcada. Três a quatro dias depois será de novo lua nova, fase que, na realidade, nunca é possível ver (a face da Lua voltada para a Terra não está a ser iluminada pelo Sol).

 

Quando vemos a lua cheia, um observador, situado na lua, não poderia ver a Terra: ela estaria na fase de terra nova; na fase de Lua nova, um observador situado na lua veria a terra cheia.

 

 

Os eclipses lunar e solar

 

As posições relativas do Sol, da Lua e da Terra originam também outros fenómenos, menos frequentes mas também mais espectaculares, a que damos o nome de eclipses, para cujas características e periodicidade contribuem as órbitas da Terra e da Lua.

 

No seu movimento em volta do Sol, a Terra gira sobre si própria, em torno de um eixo imaginário sempre inclinado relativamente ao plano da órbita terrestre. O movimento de translação da Terra sugere o movimento aparente do Sol relativamente às estrelas, o que costuma representar-se por uma linha imaginária a que se dá o nome de eclíptica, assim designada por representar "o lugar dos eclipses". Esta linha, que coincide com o plano da órbita terrestre, constitui a referência de todas as órbitas de planetas e seus satélites.

 

A interpretação dos eclipses é bastante simples. A luz solar ilumina metade do globo terrestre. Do lado oposto, que corresponde ao hemisfério não iluminado, forma-se um cone de sombra e um cone de penumbra.

 

O cone de Sombra e de penumbra originado pela Terra

 

De um modo semelhante se interpreta a formação da sombra e da penumbra da Lua.

 

O cone de Sombra e de penumbra originado pela Lua

 

Quando a Lua no seu movimento de translação em torno do nosso planeta, passa pela sombra da Terra (ou até pela penumbra) dá-se um eclipse da Lua. Esta, bastante obscurecida, fica menos visível. Os eclipses da Lua, só podem acontecer na fase de lua cheia, e são visíveis por todos os observadores situados num dos hemisférios da Terra, do qual, na ocasião do eclipse, se avista o nosso satélite.

 

Representação das posições relativas do Sol, da Terra e da Lua, num eclipse lunar. (As distâncias e as dimensões não estão representadas à escala)

 

O eclipse do Sol ocorre quando a sombra da Lua (ou até apenas a penumbra) atinge a Terra. Nestas condições, o Sol deixa de ser total ou parcialmente visto em regiões restritas da superfície terrestre. Os eclipses do Sol só podem ocorrer quando a Lua está em fase de lua nova.

 

Representação das posições relativas do Sol, da Terra e da Lua, num eclipse solar. (As distâncias e as dimensões não estão representadas à escala)

 

A figura seguinte mostra a região em que é avistado o eclipse total (sombra); e, numa área mais vasta (penumbra), o eclipse parcial. Verifica-se ainda que na maior do hemisfério da Terra voltado para o Sol não há possibilidade de se observar o fenómeno.

 

 

Embora ocorram praticamente com a mesma frequência que os eclipses da Lua, os do Sol são observados, num mesmo lugar, com periodicidade muito menor, dado que cada um destes eclipses só é visível, como foi referido a partir de zonas muito restritas da superfície terrestre. Isso deve-se, como é evidente, ao diâmetro aparente da Lua e à relativa proximidade a que se encontra de nós. Por isso, o cone se sombra que a Lua projecta no espaço, se atingir a Terra, produz a ocultação do Sol numa estreita faixa da superfície terrestre. Portanto, observando um eclipse do Sol numa determinada região, é relativamente pequena a possibilidade de se voltar a observar outro, a curto prazo, nessa mesma região.

 

Os tipos de eclipse do Sol apresentam algumas diferenças notáveis relativamente aos da Lua. Embora existam eclipses totais e parciais dos dois astros, o Sol oferece ainda, ocasionalmente, um aspecto bastante curioso a que se dá o nome de eclipse anular, pois deixa ver apenas, por instantes, um anel (ou ânulo) brilhante. No entanto são os eclipses totais os de maior interesse cientifico e os mais espectaculares.

 

Tendo em conta que a Lua se move em torno da Terra a cerca de 3670 km/h, essa seria a velocidade a que a sombra lunar executaria o seu percurso sobre a superfície terrestre, de oeste para leste. No entanto, em consequência da rotação do nosso planeta, a velocidade de cada lugar é função da sua latitude e, para se obter a verdadeira velocidade a que a sombra lunar "varre" a Terra, há que subtrair aqueles dois valores. Assim, para a região equatorial, com velocidade próxima de 1600 km/h, a sombra desloca-se a igual velocidade, ao passo que à latitude de Lisboa (com velocidade de 1300 km/h) ela "viaja" já a 1900 km/h.

 

Alguns segundos antes do eclipse se tornar total, a luz do Sol, passando através de regiões acidentadas do relevo lunar, produz um interessante efeito designado por gotas de Bailly e, instantes depois, o anel de diamante. Segue-se o período de totalidade durante o qual escurece e se tornam visíveis estrelas e planetas mais brilhantes na região do céu em que o Sol se projecta, ao mesmo tempo que arrefece repentinamente. O horizonte em volta deixa ver uma iluminação semelhante à dos crepúsculos, e o Sol mostra-se como que emplumado pela coroa de cor branco-azulada. Mergulhadas nela detectam-se, quase sempre, magníficas pretuberâncias, uma espécie de erupções a originarem gigantescas "labaredas".  

 

 

Condições para a ocorrência de eclipses

 

É sem dúvida, a Lua que mais contribui para os eclipses, os quais, como vimos, podem ser deste astro ou do Sol, consoante a fase lunar seja lua cheia ou lua nova, respectivamente. Apesar disso, não ocorrem eclipses sempre que a Lua passa por aquelas fases. A lua cheia repete-se com a periodicidade de 19,5 dias (período sinódico), o mesmo ocorrendo com a lua nova: há portanto, cerca de 12 luas cheias e cerca de 12 luas novas, por ano. No entanto, não há mais de 7 eclipses (ao todo) em cada ano. Isto significa que não há eclipses de Lua em todas as luas cheias, nem há eclipses do Sol em todas as luas novas.

 

A explicação para esta aparente contradição é simples: a órbita da Lua não está no mesmo plano que a órbita da Terra; por este motivo, as fases de lua nova e de lua cheia não ocorrem necessariamente com um alinhamento rigoroso do Sol, da Terra e da Lua. De facto, o plano da órbita lunar faz um ângulo de cerca de 5º com o plano orbital do nosso planeta.

 

O plano da órbita da Lua faz um ângulo de 5º com o plano da órbita da Terra.

 

Se imaginarmos a continuação dos planos orbitais da Terra e da Lua (porque os planos são ilimitados), eles interceptarão a esfera celeste segundo duas circunferências: o plano orbital terrestre intercepta a esfera celeste segundo uma linha que é, afinal, aquela que corresponde ao percurso anual do sol na esfera celeste (esta linha chama-se eclíptica). O plano orbital da Lua intercepta a esfera celeste segundo outro círculo, com a inclinação de 5º relativamente ao anterior. Como dois planos se interceptam segundo uma recta, o prolongamento dessa recta vai interceptar a esfera celeste em dois pontos diametralmente opostos: tais pontos chamam-se nodos e a recta que os contém é a linha dos nodos.

 

Representação da linha dos nodos. Os eclipse só poderão ocorrer quando a Lua estiver em fase (Lua cheia ou Lua nova) e, ao mesmo tempo, sobre a eclíptica.

 

Os elipses só podem ocorrer se o nosso satélite, para além de estar na fase de Lua cheia ou de lua nova, estiver sobre a eclíptica, ou relativamente próximo dela. Caso contrário, a sombra da Lua passará a norte (ou a sul) da Terra, não permitindo a ocorrência de eclipses do Sol; os eclipses da Lua também não seriam possíveis, porque a sombra da Terra, passando a norte (ou a sul) do globo lunar, não atingiria o nosso satélite. Aliás, a eclíptica é assim designada por representar “o lugar dos eclipses” (região da esfera celeste onde a Lua se deverá encontrar - ou próximo - para que possa haver eclipses).

 

Frequentemente, a Lua passará a norte ou a sul desse alinhamento, pelo que não ocorrerão eclipses. Quando uma das fases citadas ocorre com a Lua pouco fora desse alinhamento verificam-se eclipses parciais e, no caso de tal acontecer exactamente (ou próximo) da eclíptica, o eclipse será total.