Como explicar as estações do ano corretamente

O planeta Terra possui verão, outono, inverno e primavera. Estas são as estações do ano. Infelizmente, o motivo da Terra ter essas estações não é ensinado corretamente em algumas instituições de ensino (principalmente nas escolas). Muitas crianças aprendem desde o ensino fundamental a explicação incorreta sobre o motivo das estações do ano.

As Estações do Ano

Este artigo tem o objetivo de esclarecer o assunto e mostrar qual a explicação correta para as estações do ano.








A explicação incorreta


Primeiramente, vou mostrar a explicação incorreta para as estações. Isto o ajudará a compreender o motivo de ensinarem errado em algumas intituições de ensino. Vamos a um resumo da explicação incorreta (obs: o texto abaixo entre aspas não foi retirado de nenhum livro ou website):

"Temos estações do ano porque a Terra tem órbita elíptica e o Sol está em um dos focos. Em sua órbita ao redor do Sol, a Terra se aproxima e se afasta do Sol periodicamente. Assim, é verão quando a Terra está próxima ao Sol, e é inverno quando a Terra está afastada."

E então, foi assim que você aprendeu? Pois é... Essa é a explicação incorreta. A órbita da Terra realmente é elíptica, mas apesar disso não serve para explicar as estações do ano. Abaixo, vou explicar porque a frase está errada destacando cada trecho:

"a Terra tem órbita elíptica e o Sol está em um dos focos." 
Esta parte está correta. A órbita da Terra não é circular, mas sim elíptica. Em outras palavras, podemos dizer que a órbita é achatada com o Sol mais próximo de um dos lados da órbita. PORÉM, a órbita da Terra não é tão achatada assim! Para você ter uma ideia, a diferença entre o ponto de sua órbita mais próximo e mais afastado do Sol é de apenas cerca de 3% (Só de 3 por cento?!). significa muito pouco! Sendo assim, a órbita da Terra é quase circular. Então, como o afastamento da Terra durante a órbita ao redor do Sol pode ser o motivo para as estações?!

"Em sua órbita ao redor do Sol, a Terra se aproxima e se afasta do Sol periodicamente. Assim, é verão quando a Terra está próxima ao Sol, e é inverno quando a Terra está afastada." 
Aqui, há um erro grotesco! Pare e pense: Quando é verão no Brasil, é verão também nos Estados Unidos da América (EUA)? Você já deve ter reparado que nos filmes de Natal dos EUA eles estão no inverno (estou usando esse exemplo porque é mais comum para os jovens atualmente). Mas aqui no Brasil sabemos que é verão para nós! Se a afirmação de que quando a Terra está perto do Sol é verão estivesse correta, então em toda a Terra seria verão ao mesmo tempo. Só que não é assim que ocorre. Por que não?

Se fosse verdade que é verão quando a Terra está próxima ao Sol, todos os lugares no planeta estariam na estação do verão.

Mas afinal, qual o motivo das estações do ano? A reposta certa é simples: A Terra tem um eixo de rotação em torno de si mesma, inclinado em relação ao plano da sua órbita ao redor do Sol. Irei explicar melhor mais adiante. Antes, preciso mostrar um pouco sobre o problema da explicação errada e sobre a órbita da Terra.

Se preferir, você pode ir direto para a parte que explica o motivo correto das estações clicando aqui: O motivo verdadeiro das estações do ano.

A origem do problema...


Se você chegou a este ponto do texto é porque tem curiosidade e quer aprender mais. Não aconselho culpar seu professor de ter ensinado errado, pois muitas vezes ele aprendeu errado porque foi influenciado por material didático mal planejado. Basta você olhar em livros de geografia (e até alguns de astronomia) que verá alguns problemas. Um desses problemas é desenharem as órbitas achatadas demais e não avisarem ao leitor que isso é uma representação exagerada da realidade. Dessa forma, alguns livros induzem o aluno e o professor ao erro.

Se eu pedisse pra você desenhar a órbita da Terra (como aprendeu num livro, documentário ou na escola), provavelmente você desenharia uma órbita bem achatada e o Sol fora do centro dessa órbita muito próximo a uma das bordas. Algo como na figura:

Desenho da órbita da Terra e posição do Sol
que não representam corretamente a órbita terrestre.

Há um artigo muito interessante escrito pelo astrônomo João Batista Garcia Canalle, do Instituto de Física da Universidade Estadual do Rio de Janeiro e também Coordenador Nacional da OBA, chamado "O problema do ensino da órbita da Terra". Nesse artigo, ele faz um estudo sobre a origem do problema do ensino sobre a órbita da Terra nas escolas. Ele destaca que é um prejuízo a forma como alguns livros didáticos mostram a órbita da Terra. Uma das consequências maléficas disso são os alunos e os professores gravarem na mente a imagem incorreta das órbitas dos planetas, e assim entenderem incorretamente que a Terra fica muito próxima, ou muito distante, ao Sol em determinadas épocas.

Apesar desse malefício, há uma vantagem didática em desenhar as órbitas muito achatadas e, provavelmente, é por isso que muitos livros e muitos professores a desenham assim. A vantagem é que isso facilita a explicação de algumas propriedades das órbitas dos planetas (as Leis de Kepler, por exemplo). Essas leis são 3: a Lei das Áreas, a Lei dos Períodos e a Lei das Órbitas. Saiba mais sobre As leis de Kepler (página 8).

Você pode dar uma olhada no artigo O problema do ensino da órbita da Terra também.


A órbita da Terra


As órbitas dos planetas do Sistema Solar são elípticas. A maioria possui pouca excentricidade. A excentricidade é o parâmetro mais usado para determinar o quão achatada é uma elipse. Esse parâmetro é determinado dividindo-se o valor da distância entre os focos da elipse e o comprimento do eixo maior (veja imagem abaixo). O valor da excentricidade vai de 0 a 1. Quanto mais próximo de 0, mais circular é a elipse e os focos ficam mais próximos; quanto mais próximo de 1, mais achatada é a elipse e mais afastados estarão os focos.

Descrição de uma elípse.

A órbita da Terra tem excentricidade de cerca de 0,02 e indica que sua órbita é quase circular. O Sol fica num dos focos e quase no centro da órbita, já que a órbita é quase circular. Na tabela abaixo, podemos ver que todos os planetas do Sistema Solar possuem baixa excentricidade da órbita, exceto Mercúrio.



O motivo verdadeiro das estações do ano


O que causa as estações do ano é o fato da Terra orbitar o Sol com seu eixo de rotação inclinado em relação ao plano orbital. O ângulo de inclinação entre o plano do equador e o plano orbital é cerca de 23,5° atualmente. Essa inclinação é basicamente fixa. Devido a essa inclinação, no decorrer da órbita da Terra em torno do Sol, os raios solares incidem mais diretamente em um hemisfério do que no outro, e assim aquece bem mais determinado hemisfério do que o outro.

Lembre-se de que quando no hemisfério norte da Terra é inverno, é verão no hemisfério sul e vice-versa. Isto porque o Sol não incide com a mesma intensidade no hemisfério norte e sul ao mesmo tempo. 


No caso do outono e da primavera, o Sol está aproximadamente com a mesma intensidades em regiões iguais dos dois hemisférios. Na imagem acima, mostro a inclinação do eixo da Terra fixo e também a posição da Terra em sua órbita para cada estação. Nunca é a mesma estação nos dois hemisférios ao mesmo tempo.


Para visualizar melhor como ocorre as estações do ano, existe um "Simulador de Estações e Eclíptica" criado pela University of Nebraska-Lincoln.

Além da própria estação, há diferença na intensidade dela nas regiões dos hemisférios. Próximo à linha do Equador, todas as estações são muito parecidas: em todos os dias do ano o Sol fica 12 horas acima do horizonte e 12 horas abaixo do horizonte. À medida que nos afastamos do Equador, as estações se mostram mais acentuadas. O inverno tem suas características mais fortes e o verão também. Nas regiões polares, os raios solares chegam muito inclinados mesmo quando é verão, dessa forma a temperatura continua muito baixa em relação as regiões mais próximas à linha do Equador.

Nas regiões da superfície da Terra em que a latitude é a dos trópicos de Cancêr (+23,5° no hemisfério norte) e de Capricórnio (-23,5° no hemisfério sul) o Sol passa uma vez por ano no zênite (alto do céu). Estas são as datas em que convencionou-se o início do verão no hemisfério onde o Sol está passando no zênite, e no outro hemisfério, é o início do inverno.


Como ensinar corretamente


Como não tenho conhecimentos profundos em didática de ensino, não ficarei dando palpites demais. Usar as órbitas muito achatadas para explicar as Leis de Kepler é muito útil. E, por outro lado, Não mostrar a forma real das órbitas dos planetas atrapalha o aluno a entender o motivo das estações do ano, pois ele veria que o planeta não se aproxima e nem se afasta tanto do Sol. 

Se você é um professor e for usar desenhos de órbita achatada para os planetas, deixe bem claro aos alunos que isso não representa a forma verdadeira da órbita da Terra e dos outros planetas do Sistema Solar, pois elas são quase circulares. Enfatize que as estações do ano são devido à inclinação da órbita terrestre ao redor de si mesma em relação a sua órbita ao redor do Sol.

Se você conhece alguma boa forma didática para ensinar sobre a inclinação da Terra, pode deixar nos comentários abaixo. Conte-nos também alguma experiência que você já teve sobre isso. Seu comentário será muito bem-vindo!

Referências:

Deixe seu comentário abaixo!

18 comentários:

Uma forma muito simples de explicar isso para que os alunos entendam corretamente é usar uma bolinha ou laranja e uma lanterna. Basta riscar a laranja bem no meio simbolizando a linha do equador e posicioná-la inclinada na frente da lanterna ligada. Depois é só mostrar a variação que a luz do sol faz durante o ano e explicar que isso causa as estações.

Ótima ideia, Thiago! Mas não pode deixar de falar também que a órbita da Terra é quase circular e não tem a ver com as estações do ano.

21:49 comment-delete

Muito boa esta explicação

Que bom que gostou, João! Agradeço o comentário.

Se a inclinação é fixa, como pode hora o sol iluminar o Norte, hora iluminar o Sul. Eu pensei que essa inclinação se movimentava de cima para baixo e vice-versa.

Anônimo
07:49 comment-delete

É justamente pela inclinação ser fixa que em certas épocas o Sol incide mais em um dos hemisférios. Numa das imagens que postei no texto (dê uma olhada no link: http://goo.gl/AER6z1) é possível perceber que quando a Terra está na direita da imagem, o hemisfério norte está "apontado" para o Sol. Na Terra do lado esquerdo da imagem, é a vez do hemisfério Sul.

Me avise se mesmo assim não ficou clara a explicação. Isto me ajudará a melhorar o texto, ok?
Agradeço seu comentário!

sei la nao me importa como vao se forma as estaçoes do ano o que importa é que a gente deve aproveitar cada segundo delas quando elas chegarem

Anônimo
08:29 comment-delete

Pode não importar para você... Mas entendê-las é importante para saber quando irão começar e durar.

Obrigada pela explicação. Clara e objetiva. Não sou professora, sou mãe e preciso auxiliar minha filha no entendimento desta matéria e essa postagem me ajudou bastante.

Patricia Prado
10:00 comment-delete

Patricia, agradeço imensamente o seu comentário! Ele é muito importante para mim: saber que ajudei de alguma forma.

Se precisar de tirar alguma dúvida, não hesite em perguntar nos links lá no alto do site: de forma direta pelo "Contato" ou indireta pelo "Perguntas sobre astronomia?". E mais uma vez, obrigada.

Muito bom! Estás de parabéns! Sou um acadêmico de física e precisava de uma visão geográfica (a qual a sua se aproxima) para poder aproximar da física e explicar de forma coerente. Muito obrigado.

Jonathan, fico feliz de eu ter conseguido ajudar de alguma forma :)

19:14 comment-delete

Ariana, muito obrigado pela explanação, todavia, não estou convencido de que esteja correta! Se a inclinação se mantém constante, não deveria ser sempre inverno num hemisfério e sempre verão em outro? Tendo em vista que o Sol é uma esfera e a Terra também, o que as fotos estão mostrando são apenas horas diferentes do dia e não as estações, correto? Porque o grau de inclinação dos raios solares é sempre o mesmo.

Poderiamos imaginar este modelo correto, desde que, a Terra faça um movimento de inclinação de -23 a +23 graus em relação ao Sol! Não seria mais coerente?

São todas colocações próprias, não são embasadas em nenhum grande cientista, porém, creio ser um pensamento possível de ser real!

Abraços

Matheus Demetrio
18:22 comment-delete

Matheus, muito obrigada pelo seu comentário. Respondendo a pergunta "o que as fotos estão mostrando são apenas horas diferentes do dia e não as estações, correto?": Não. A imagem que eu usei no texto não mostra horas do dia diferente, mostra são as posições diferentes da Terra em sua órbita ao redor do Sol.

Você entrou no site que eu indiquei no texto que tem uma simulação das estações do ano? Aqui: (http://gruposputnik.com/Paginas_com_Flash/Seasons%20Simulator%20%28NAAP%29.htm)
Nela fica mais fácil de perceber isso da inclinação dos raios do Sol.

No site, vai aparecer 3 quados com imagens: o grande do lado esquerdo mostra a Terra em sua órbita, o da direito acima, mostra os raios do Sol incidindo no planeta, e do de baixo, mostra a inclinação dos raios na superfície. Onde mostra o nome dos meses com a seta rosa, você pode clicar na seta e movê-la. Ou clique em "start animation" a direita. Note que os raios mudam de posição mesmo a Terra permanecendo com o mesmo eixo de inclinação no quadro da esquerda.

Se ainda ficar dúvida, entre em contato.

14:49 comment-delete

preciso saber que fenômeno causa a inclinação do eixo.

Muito legal o texto.
Se eu for me restringir aos desenhos no quadro eu faria a órbita elíptica exagerada como de costume de um lado do quadro e do outro lado uma órbita quase circular. Na elíptica colocaria um título como "esboço didático" e na circular o título "esboço real". E daí explicaria o procedimento comparando a explicação correta e incorreta, confrontando as hipóteses e deixando a turma decidir.

Hudson, o que causa a inclinação do eixo de um planeta pode ter relação com a época inicial dele depois de ter sido formado. Por exemplo, Urano tem o eixo muito inclinado (deitado, de quase 98 graus), segundo alguns estudos, o que pode ter causado isso foram talvez mais de uma colisão com algum objeto astronômico grande.

20:03 comment-delete

Enrique, muito obrigada pelo seu comentário. É uma boa ideia.

20:04 comment-delete

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