Caros Leitores;
A Terra em órbita ao redor do Sol, com seu eixo de rotação mostrado. A inclinação axial da Terra não
Nas escalas de tempo que os humanos experimentam, há muitas coisas que consideramos extremamente regulares. Cada dia dura 24 horas, em média, um número que nunca difere significativamente desse valor, com apenas um segundo bissexto inserido para preservar nossa cronometragem. Cada ano dura 365 dias, com um ano bissexto ocasional projetado para manter o calendário alinhado. E a Terra orbita o Sol em uma elipse, fazendo quase exatamente a mesma órbita ano após ano. No que nos diz respeito, as diferenças que ocorrem desde o dia em que nascemos até o dia em que morremos nunca precisam passar pela nossa cabeça.
Durante longos períodos de tempo, no entanto, nenhuma dessas coisas é constante. Existem muitas forças e fenômenos diferentes em jogo que alteram essas propriedades do nosso planeta. O Sol e a Lua, por exemplo, não apenas criam marés na Terra, mas forças de maré que mudam nossa órbita. Os outros planetas do Sistema Solar puxam a Terra, causando também mudanças de longo prazo. E também há fatores internos, de terremotos ao aquecimento global, que podem alterar o comportamento do nosso planeta. De acordo com os relógios atômicos, a Terra experimentou seu dia mais rápido em 50 anos em 19 de julho de 2020, que foi 1,4602 milissegundos mais curto do que nossas 24 horas normais. Aqui está a ciência do porquê.
O planeta Terra, visto pela espaçonave Messenger da NASA quando partiu de nossa localização, claramente
Em longas escalas de tempo, a maior mudança contínua que ocorre é dos efeitos combinados da Lua e do Sol. Normalmente visualizamos isso como a força gravitacional do Sol determinando a órbita elíptica da Terra, enquanto a força gravitacional da Terra determina a órbita elíptica da Lua. Mas além disso, temos que considerar que o Sol, a Terra e a Lua não são exatamente pontos únicos no espaço, mas sim esferas.
Considere o que isso significa, por exemplo, para a força que a Lua exerce sobre a Terra. A qualquer momento, a Terra é puxada com um pouco mais de força de um lado e um pouco menos forte do outro, fazendo com que ela se estique. Ao mesmo tempo, se você desenhar uma linha imaginária conectando a Terra à Lua, a parte da Terra “acima” dessa linha será puxada para baixo em relação ao centro, enquanto a parte “abaixo” será puxada para cima. É assim que as forças das marés funcionam e como a Lua é o principal motor das marés da Terra.
Em cada ponto ao longo de um objeto atraído por um único ponto de massa, a força da gravidade (Fg) é
Simultaneamente, a Terra está girando em seu eixo enquanto gira em torno do Sol. Um lado da Terra giratória – o lado mais próximo da Lua – sente uma força ligeiramente maior do que o centro da Terra. Enquanto isso, o outro lado da Terra giratória – o lado mais distante da Lua – sente uma força um pouco menor do que o centro da Terra. A diferença entre essas duas forças na Terra não apenas faz com que nosso planeta tenha marés, mas também faz outra coisa: age um pouco como um mecanismo de frenagem, semelhante a como, se você tivesse um pião, você o tocasse sempre tão ligeiramente de um lado com um pedaço de papel.
O efeito de frenagem pode ser pequeno, mas em escalas de tempo extremamente longas, até mesmo pequenos efeitos podem se somar. Isso diminui a rotação da Terra, mas há um pequeno custo. Como o momento angular é conservado, a desaceleração da rotação da Terra, que perde o momento angular, significa que outra coisa precisa ganhar momento angular. Quando você olha para a combinação de todas as mudanças que acontecem na Terra, no Sol e na Lua, você descobre que a rotação da Terra diminui, e o sistema Terra-Lua se afasta lentamente do Sol enquanto a Lua se afasta lentamente do Sol. Terra.
A natureza assimétrica da Terra, agravada pelos efeitos da atração gravitacional da Lua, faz com que USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS ANDREWBUCK, MODIFICADO POR E. SIEGEL
A cada ano que passa, em média, essas forças de maré fazem com que nosso dia se prolongue apenas um pouco. Se a Terra levou exatamente 24 horas para completar uma rotação completa de 360° precisamente um ano atrás, então hoje, um ano depois, a Terra levará 24 horas e mais 14 microssegundos para completar essa mesma rotação de 360°. Esses 14 microssegundos extras por dia aumentam com o tempo, tanto que, em média, temos que adicionar um segundo bissexto aos nossos relógios aproximadamente a cada 18 meses.
Processos lentos, mas consistentes, como este, podem realmente aumentar com o tempo. Geologicamente, podemos observar os padrões diários que ficam no solo devido às marés: os ritmites das marés. Eles não são apenas produzidos regularmente nas costas da Terra hoje, mas foram produzidos diariamente por toda a história da Terra. Existem alguns casos de ritmitos de maré antigos que foram preservados na rocha sedimentar das camadas geológicas da Terra, e podemos usar esses ritmitos para determinar quanto tempo a Terra levou para fazer uma rotação completa de volta quando esses ritmitos foram criados.
O mais antigo que conhecemos na Terra foi formado há 620 milhões de anos e indica que um dia naquela época tinha pouco menos de 22 horas, consistente com nossas previsões da física.
Ritmites de maré, como a formação Touchet mostrada aqui, podem nos permitir determinar qual a taxa
Isso significa que, se extrapolarmos a quebra das marés para quando o sistema Terra-Lua se formou há cerca de 4,5 bilhões de anos, a duração de um dia – a quantidade de tempo que a Terra leva para girar 360° em seu eixo – estava originalmente em algum lugar entre 6 e 8 horas de duração. Se você existisse naquela época, um ano na Terra consistiria em mais de 1.000 dias cada; a Lua estaria muito mais próxima e, portanto, maior no céu do que o Sol; não haveria nada como um eclipse anular naquela época, pois toda vez que a Lua passava diretamente entre o Sol e a Terra, a sombra da Lua teria caído na superfície da Terra, nunca terminando antes de chegar ao nosso planeta.
Mas, embora esse efeito domine em escalas de tempo extremamente longas, prolongando nosso dia, existem efeitos internos que ocorrem em nosso planeta, muitos dos quais trabalham para encurtar o dia. Se você já girou o mais rápido que pode - em uma cadeira giratória, em uma plataforma giratória, em um par de patins de gelo, etc. - e estendeu os braços (possivelmente segurando pesos também) enquanto girava e em seguida, trazê-los para o seu centro, você descobrirá que sua taxa de rotação acelera tremendamente. Se você pode entender isso, você pode entender como a Terra acelera.
Quando uma patinadora artística como Yuko Kawaguti (foto aqui da Copa da Rússia de 2010) gira com ela
Mencionamos esta lei da física anteriormente: a conservação do momento angular. O momento angular é uma medida de duas coisas combinadas simultaneamente.
Seu momento de inércia: quão grande é sua massa e como ela está distribuída, perto ou longe do eixo em que você vai girar.
Você velocidade angular: quão rápido, em termos de revoluções por segundo, você está realmente girando em torno de seu eixo.
Se você observar uma patinadora olímpica, por exemplo, segurando os braços estendidos enquanto ela gira, você sempre descobrirá que sua rotação aumenta cada vez mais rápido quando ela traz os braços para dentro. Isso ocorre porque sua massa permanece constante, mas ela está aproximando mais de seu eixo de rotação; seu momento de inércia diminui. Para manter o momento angular conservado, sua velocidade angular precisa aumentar e, portanto, ela gira mais rapidamente.
Embora estas sejam mudanças de superfície fáceis de ver, a maior parte da massa da Terra reside abaixo da superfície.
As camadas do interior da Terra são bem definidas e compreendidas graças à sismologia e outras WIKIMEDIA COMMONS USUÁRIO SURACIT
Dentro do nosso planeta, temos várias camadas. A camada mais externa, que é tudo que já acessamos diretamente, é a crosta, com a água líquida da Terra sentada no topo dessa crosta e a atmosfera “flutuando” sobre ela. Abaixo da crosta, movendo-se em direção ao centro, temos o manto (sólido), o núcleo externo (líquido) e o núcleo interno (sólido).
Até onde sabemos, o núcleo interno sólido nem sempre estava presente! No início, havia mais calor interno preso dentro da Terra, que se irradiou e escapou ao longo do tempo. Embora a Terra gere calor adicional por meio de dois processos principais – o decaimento radioativo de elementos pesados e instáveis e a lenta contração gravitacional do próprio planeta – o interior da Terra ainda é mais frio do que costumava ser.
O núcleo sólido formou-se apenas entre 1 e 1,5 bilhão de anos atrás e continua a crescer, à medida que a porção do núcleo externo que toca o núcleo interno se solidifica lentamente ao longo do tempo.
Esta renderização em 3D das diferentes camadas dentro da Terra mostra a fronteira entre o sólido
Dentro da Terra, então, o centro está se tornando mais denso e estável, à medida que mais e mais massa se concentra em direção ao centro da Terra. Este é um grande negócio para a rotação da Terra, porque se há mais massa da Terra se movendo da periferia para o centro, então seu momento de inércia, assim como nossa patinadora, está diminuindo. E, novamente, assim como a patinadora artística, sua velocidade de rotação precisa aumentar para compensar isso.
Isso nem sempre acontece de forma suave e gradual. Claro, a formação do núcleo interno é provavelmente um processo gradual, mas você tem que perceber que qualquer rearranjo de como a massa da Terra é distribuída vai mudar a taxa de rotação. Surpreendentemente, esses rearranjos se dividem em duas categorias.
Rearranjos subterrâneos, que geralmente ocorrem durante eventos como terremotos, e tendem a acelerar a rotação da Terra ligeiramente, mas visivelmente.
Rearranjos de superfície, onde o material que estava tipicamente em um ponto em uma elevação mais alta na Terra cai para um ponto mais baixo.
Em 2011, um terremoto catastrófico ocorreu na costa do Japão, provocando um tremendo e devastador tsunami no processo. Este terremoto de magnitude 8,9, um dos mais poderosos registrados na história, mudou a distribuição da massa da Terra de forma tão significativa que a duração de um dia diminuiu, de uma só vez, em 1,8 microssegundos . Nesse mesmo evento, a principal ilha do Japão, Honshu, deslocou-se cerca de 2,5 metros. Esses rearranjos ocorreram antes e ocorrerão novamente, com os terremotos sempre encurtando, não aumentando, o dia.
Mas rearranjos de superfície também estão acontecendo agora: à medida que geleiras e calotas polares derretem, principalmente sobre as massas de terra. A camada de gelo da Antártida, por exemplo, é a maior massa única de gelo da Terra, que contém 30 milhões de quilômetros cúbicos de gelo: cerca de 30 quatrilhões de toneladas de material. Está localizado, em média, a uma altitude entre 8.000 e 9.000 pés (2.400-2.700 metros) acima do nível do mar. Toda vez que parte desse gelo derrete ou se separa no oceano, ele não apenas faz com que o nível do mar suba, mas redistribui a massa da Terra para que fique mais próxima do eixo de rotação central. Mudanças no armazenamento de gelo e água na Terra podem ser responsáveis tanto pela atual aceleração do dia da Terra, quanto pelas oscilações recentemente observadas na rotação da Terra.
A relação entre a massa de água continental e a oscilação leste-oeste no eixo de rotação da Terra.
NASA/JPL-CALTECH
Os avanços que ocorreram nos últimos anos e décadas dos relógios atômicos permitiram uma cronometragem precisa como nunca antes, com os relógios atômicos sendo uma parte inseparável dos Prêmios Nobel de Física de 1989 e 2012 . Como uma consequência talvez não intencional, estamos observando uma consequência totalmente imprevista de como os humanos estão afetando o planeta em que vivemos: causando mudanças minúsculas, mas muito reais e mensuráveis na duração de um dia.
Fonte: Forbes / Ethan Siegel, Ph.D. astrofísico / Colaborador Sênior / Puclicação 07/01/2022
https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2021/01/07/why-does-the-spinning-earth-speed-up-if-the-tides-are-slowing-us-down/?sh=138b54dd343e
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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos
científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA
(European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa
do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA. A
partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB),
como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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