Astronomia - A Esfera Celeste...

O Qvadrans Muralis de Tycho Brahe (Astronomiae Instauratae Mechanica, Wandesburgi, 1598)

- Uma direcção é a propriedade comum às rectas de um conjunto de rectas paralelas, responsável pelo paralelismo existente entre elas.

- Sentido é uma opção de movimento, de entre as duas possíveis numa direcção (para um lado ou para outro).

- Orientação é uma direcção com um sentido definido. As estrelas, por exemplo, estão tão distantes da Terra que observadores diferentes, embora afastados milhares de quilómetros entre si, ao apontarem para uma mesma estrela, num mesmo instante, estarão apontando na mesma orientação.

Instrumento que permiia medir simultaneamente a altura e o azimute de um astro (Nicolas Bion, L'usage des globes celestes et terrestres, et des spheres, suivant les differens systemes du monde; précedé d'un Traité de cosmographie, 1700)

- Altura (i.e. altura angular) é a medida do afastamento angular da orientação de observação do astro relativamente ao plano do horizonte do observador, extraída verticalmente. A altura de qualquer orientação horizontal é convencionalmente "zero". Partindo do horizonte, a altura cresce num valor positivo até seu máximo de 90º no zénite (vertical para cima), ou cresce o valor negativo, para baixo do horizonte, até -90º, no nadir (vertical para baixo).

- Azimute é o afastamento angular da vertical do astro ao ponto cardeal Norte, medido sobre o horizonte do observador, no sentido horário (do Norte para Leste). Assim, um astro cuja vertical está exactamente no Norte do observador será visto no azimute de zero graus (ou 360º). O astro cuja vertical está exactamente a Leste, está no azimute de 90º; Sul, 180º e Oeste, 270º.

A distância do nosso Sistema Solar até às estrelas é tão grande que nos permite criar um conceito muito útil à astronomia: o de Esfera Celeste. Isso corresponde a imaginarmos todas as estrelas fixadas a uma imensa esfera de raio infinito, envolvente ao Sistema Solar. Os corpos do nosso sistema solar (Lua, Sol e planetas), seguindo uma 'mecânica celeste', transitam sobre o fundo de estrelas com velocidades aparentemente muito baixas. Assim como a Terra, a Esfera Celeste também é dividida em dois hemisférios pelo plano do Equador Celeste (que é como que uma projecção nessa esfera do próprio Equador Terrestre, ambos obviamente situados no mesmo plano). O céu de cobertura do hemisfério norte denomina-se Hemisfério Boreal e o céu de cobertura do hemisfério sul é o Hemisfério Austral. O ponto central do Hemisfério Boreal é o Pólo Norte Astronómico e corresponde ao zénite para quem se encontra exactamente no Pólo Norte geográfico terrestre. O ponto central do Hemisfério Austral é o Pólo Sul Astronómico e corresponde ao zénite para quem se encontraeexactamente no Pólo Sul terrestre.

O mais rápido movimento astronómico é o que é gerado pela rotação da Terra em torno de um eixo imaginário que passa pelos seus pólos. Esse movimento, medindo em relação ao Sol, possui um período (tempo de uma revolução) médio de 24 horas. Isto é, a Terra gira relativamente ao Sol com uma velocidade rotacional de 15° por hora. O mesmo movimento de rotação medido relativamente às estrelas, possui um período médio de 23h 56min. O tempo de 24h é denominado "dia solar médio". O tempo de 23h 56min é denominado "dia sideral". O dia solar é bastante variável, especialmente devido à órbita elíptica da Terra. O movimento aparente da esfera celeste resultante da rotação da Terra é o movimento diurno. Realiza-se de Leste para Oeste. O movimento diurno proporciona a observação do nascer, da culminação e do pôr de um astro.

- Um astro, quando culmina, cruza o meridiano do local e apresenta a altura máxima. O seu azimute será 0° ou 180° (desde que ele não culmine exactamente no zénite).

- O azimute do nascimento de um astro será sempre um valor compreendido entre 0° e 180°. O azimute do ocaso de um astro será sempre um valor compreendido entre 180° e 360°. O azimute do nascimento de um astro será simétrico ao azimute do ocaso do astro nesse mesmo dia, tendo como eixo de simetria o meridiano do local.

- Nos horizontes Leste e Oeste, os astros apresentam movimentos aparentes para Oeste, com trajectórias paralelas ao Equador Celeste.

- O Equador Celeste cruza os horizontes Leste e Oeste exactamente no ponto cardeal Leste (azimute 90º) e no Oeste (azimute 270º) qualquer que seja a latitude (excluindo quando observado dos pólos, onde coincide com o círculo do horizonte). A latitude do observador irá definir a inclinação do Equador relativamente à vertical.

- Sobre os horizontes Norte e Sul, os astros apresentam movimentos aparentes em trajectórias circunferenciais centradas nos pólos celestes. Em volta do Pólo Norte, o movimento realiza-se no sentido anti-horário e, em torno do Pólo Sul, no sentido horário.

- O pólo celeste do mesmo nome que a latitude do observador aparece elevado, acima do horizonte, tantos graus quantos forem os que expressam o valor da latitude do local em que o observador se encontra.

- Todos os meridianos celestes se cruzam nos pólos. O meridiano do local, que é o que passa pelo zénite do observador, irá sempre cruzar verticalmente os horizontes Norte e Sul, exactamente nos ponto cardeais Norte (azimute 0º) e Sul (azimute 180º).

Coordenadas equatoriais são coordenadas de orientação que utilizam como plano referencial o plano equatorial (i.e. do Equador Celeste). Ao invés do plano horizontal (existem infinitos planos horizontais diferentes sobre a superfície terrestre), o plano equatorial é único. Isso possibilita a existência de um sistema universal de coordenadas para a identificação das posições dos astros na esfera celeste.

- Declinação: ângulo que a linha imaginária, ligando o centro da Terra ao astro, faz com o plano equatorial. Se essa linha estiver dentro do plano equatorial, o valor da declinação será 0º. Se essa linha se estende ao longo do eixo terrestre, para o Norte, a declinação valerá +90º e para o Sul -90º. Assim, astros do Hemisfério Boreal (norte), possuem declinação positiva, astros do Hemisfério Austral (sul) possuem declinação negativa e astros que estão sobre o Equador Celeste possuem declinação nula.

- Ascensão Recta é a coordenada que, em conjunto com a Declinação, completa o par das "coordenadas equatoriais". Como uma "longitude no céu", ela é medida sobre o Equador Celeste, sempre no sentido do Leste. A sua origem (valor nulo) é o Ponto Vernal, ou seja, a posição marcada pelo Sol, ao cruzar o Equador Celeste no Equinócio de Março. Os seus valores podem ser apresentados em graus ( de 0° a 360°), ou em horas (de 0h a 24h).

Ao imaginarmos a esfera celeste, podemos considerar linhas de referência como meridianos e paralelos, à semelhança do que acontece no globo terrestre. Essas linhas, quando vinculadas à Esfera Celeste, recebem as seguintes denominações:

- Círculo horário de um astro, é o círculo máximo (i.e. um círculo que divide uma esfera em dois hemisférios iguais) que, passando pelo astro e pelos pólos celestes, cruza o Equador Celeste perpendicularmente . Acompanhará (sempre) o astro que estiver localizado sobre ele.

- Círculos de movimento são as linhas paralelas ao Equador Celeste que os astros "desenham" na Esfera Celeste, como resultado do seu movimento diurno aparente.

- Meridianos são as projecções dos meridianos terrestres sobre a Esfera Celeste.

- Paralelos são as projecções dos paralelos terrestres sobre a Esfera Celeste.

N.B.: Os paralelos celestes e os círculos de movimento dos astros podem ser confundidos sem problema. Porém, não podemos confundir os meridianos celestes com os círculos horários dos astros, já que os primeiros, permanecem "parados" sobre os meridianos terrestres, como se estivessem vinculados à Terra, enquanto que os círculos horários dos astros se movimentam com eles. Ângulo horário de um astro é o valor do afastamento angular do círculo horário do astro em relação a um meridiano celeste pivotal, de referência. A medida tem origem no meridiano e deve alcançar o círculo horário do astro pelo sentido Oeste. Quando o meridiano de origem for o meridiano local, denomina-se Ângulo Horário Local (AHL). Quando o meridiano de referência (ou de origem) for o Meridiano de Greenwich, será o Ângulo Horário de Greenwich (AHG). Quando medido a partir do Ponto Vernal (origem das Ascensões Rectas), será o Ângulo Horário Sideral (AHS). O Tempo Sideral é o ângulo horário, medido em horas, do Ponto Vernal, para determinado observador. Estas considerações são particularmente importantes na navegação astronómica.

No Sistema Equatorial de Coordenadas, o ângulo horário permite determinar a direcção de qualquer ponto na Esfera Celeste através da diferença entre o Tempo Sideral local (TS) e a Ascensão Recta (α) do objecto, Neste contexto, o ângulo horário de um objecto celeste é uma indicação de quanto tempo sideral passou desde o momento em que o objecto cruzou o meridiano local. Ou seja, expressa a distância angular entre o astro e o meridiano, medida em horas (1 hora = 15 graus).

O astro que domina o céu durante o dia é o Sol. Uma observação mais atenta e repetida a partir de um mesmo local, permite verificar que o Sol não nasce ou se põe sempre no mesmo lugar (mesmo azimute). Pelo contrário, dia após dia o nascimento e o ocaso deslocam-se para um ou outro sentido sobre o horizonte. Portanto, o Sol descreve, ao longo do ano, com uma cadência diária, uma série de círculos paralelos em torno do nosso planeta aparentemente "imóvel". A sua declinação no meridiano atinje os valores máximos, Norte e Sul, nos Solstícios (em Junho e Dezembro, respectivamente) e chega ao Equador (declinação nula) nos dois Equinócios (em Março e Setembro). Estes quatro momentos fundamentais marcam o início das chamadas Estações do Ano, e devem-se, na realidade, à inclinação do eixo do nosso planeta e ao seu movimento de translação em torno do Sol.

Devido a este movimento da Terra ao longo do ano, o Sol transita sobre o fundo de estrelas numa faixa conhecida como Zodíaco. As constelações que formam o Zodíaco e que portanto são cortadas pelo caminho do Sol (o círculo máximo a que chamamos Eclíptica) são chamadas "constelações zodiacais" e foram utilizadas como referencial, "pano de fundo" para os movimentos dos corpos "errantes" (os planetas) que aparecem sempre próximos deste plano, que é na realidade o da própria órbita da Terra em torno do Sol.

Nesta estampa (clicar para abrir c/ maior definição), esquema central explica a diversidade dos dias e das noites e as diferentes declinações do Sol observadas ao longo do ano, (Nicolas Bion, L'usage des globes celestes et terrestres..., Op. cit.)

De todos os "momentos" anuais acima referidos, o mais importante do ponto de vista astronómico é o Equinócio de Março, quando o Sol assume declinação 0º (zero graus), vindo de valores negativos (sul) para valores positivos (norte). Esse instante marca o início da Primavera no Hemisfério Norte. Também é considerado o início do ano astronómico, porque define, através da "marca" deixada pelo centro do Sol na sua passagem pelo Equador Celeste, o Ponto Vernal, que é o referencial de origem das Ascensões Rectas.