A que horas escurece?
por Felipe A. P. L. Costa [*].
APRESENTAÇÃO. – Este artigo examina alguns aspectos da relação entre sazonalidade e fotoperíodo. A conversa tem início no exame de dois gradientes contrastantes que se manifestam simultaneamente na superfície terrestre, um no hemisfério norte e o outro no sul. A saber: enquanto as latitudes do norte experimentam aumentos gradativos no período de claridade (verão); as do sul experimentam retrações (inverno) – e vice-versa. O contraste se torna ainda intrigante a partir de 67°23’ (N ou S), que é a latitude mais baixa na qual o disco solar deixa de ser visto no solstício de inverno. A ausência de Sol, no entanto, não implica automaticamente em escuridão. Para entender melhor o que ocorre no interior dos círculos polares, incluindo o fenômeno da noite polar, nós introduzimos na conversa o conceito de crepúsculo.
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Os ciclos dia/noite, como nós já sabemos, são o resultado do movimento de rotação da Terra. Um segundo tipo de movimento que irá nos interessar aqui é a translação, a volta anual que o planeta dá em torno do Sol. (Os dois movimentos, claro, ocorrem simultaneamente: ao mesmo tempo em que gira em torno do seu eixo, o globo terrestre se desloca em torno do Sol.)
Enquanto as horas do dia refletem a rotação, o calendário anual reflete a translação. Nas palavras de Meinel & Meinel (1983, p. 5; trad. livre):
“O Sol a cada dia segue uma trilha bem definida no céu, uma trilha que varre de leste a oeste em razão da rotação da Terra para leste. A cada dia, porém, o Sol está em um lugar um pouco diferente em relação às estrelas, as quais diariamente se adiantam em relação ao Sol em 4 min e 55 s. Assim, o Sol completa a sua jornada anual em uns 365,25 dias, que é o tempo que ele leva para retornar ao mesmo local em relação às estrelas de fundo. Esta lenta marcha do Sol pela esfera celeste segue uma trilha chamada eclíptica, uma trilha sinusoidal que alcança o seu ponto mais ao norte em 21 de junho e o seu ponto mais ao sul em 21 de dezembro (os solstícios).”
1. DURAÇÃO DO DIA E FOTOPERÍODO.
Ao final de um ano [1], todo e qualquer ponto da superfície terrestre terá acumulado um semestre de claridade e um semestre de escuridão.
Ocorre que a duração do dia (digo: o período de claridade), definido aqui como o intervalo entre a aurora e o ocaso [2], não é constante; ao contrário, varia de um dia para o outro, a um ritmo que é ditado pela latitude. Como regra geral, no entanto, vale a seguinte norma: em qualquer latitude, o período de claridade é máximo no verão e mínimo no inverno.
Lembrando que os minutos a mais de claridade durante o verão são compensados por minutos a menos durante o inverno.
1.1. O impacto da latitude no fotoperíodo.
Mudanças na duração do dia resultam em mudanças no fotoperíodo, entendido aqui como a proporção diária entre horas de claridade e horas de escuridão.
Nas proximidades do equador, por exemplo, a duração do dia varia pouco ao longo do ano e o fotoperíodo se mantém em torno de 12:12 (12 h de claridade e 12 h de escuridão). À medida que nos afastamos do equador, porém, as mudanças sazonais no fotoperíodo vão se tornando mais acentuadas.
Entre 5° e 65° N, por exemplo, o ganho diário máximo durante o verão (junho) salta de 25 min (12 h 25 min:11 h 35 min), em 5° N, para 603 min (22 h 03 min:1 h 57 min), em 65° N. Durante o inverno (dezembro), nas mesmas latitudes, a perda diária máxima salta de 10 min (11 h 50 min:12 h 10 min) para 508 min (3 h 32 min:20 h 28 min).
O mesmo fenômeno, claro, ocorre no hemisfério sul.
Considere a capital alagoana, Maceió (9°40’ S). Lá, o dia mais longo do ano (solstício de verão, em 21 ou 22/12) [3] tem 12 h 41 min de céu claro e 11 h e 19 min de escuridão. O dia mais curto (solstício de inverno, em 20 ou 21/6) tem 11 h 33 min de céu claro e 12 h e 27 min de escuridão [4].
1.2. Gradientes latitudinais.
A rigor, dois gradientes contrastantes estão a se manifestar simultaneamente na superfície terrestre, um no hemisfério norte e outro no sul. Como tive chance de dizer antes em outro lugar (ver aqui), quando é inverno no hemisfério sul, é verão no norte – e vice-versa. Assim, enquanto as latitudes do norte estão a experimentar aumentos no período de claridade; as do sul estão a experimentar retrações.
Sabendo disso, e conhecendo os valores da oscilação sazonal em Maceió, podemos propor aqui duas generalizações. (1) Toda e qualquer cidade brasileira situada ao norte de Maceió [5] irá experimentar diferenças sazonais inferiores às da capital alagoana – digo: nessas cidades, o ganho diário de claridade durante o verão nunca será superior a 41 min, enquanto a perda diária durante o inverno nunca será superior a 27 min. (2) Toda e qualquer cidade brasileira situada ao sul de Maceió irá testemunhar diferenças sazonais superiores às da capital alagoana – digo: o ganho diário máximo de claridade durante o verão será superior a 41 min, enquanto a perda diária máxima durante o inverno será superior a 27 min.
Veja o caso de Juiz de Fora (21°45’ S), cidade da Zona da Mata mineira. Lá, o dia mais longo do ano tem 13 h e 27 min de claridade e 10 h e 33 min de escuridão. O dia mais curto tem 10 h e 48 min de claridade e 13 h e 12 min de escuridão. Observe que, em relação a Maceió, o dia mais longo tem um ganho adicional de claridade de 46 min (Maceió = 12 h + 41 min; JF = 12 h + 1 h e 27 min). Em compensação, o dia mais curto tem uma perda adicional de 45 min (Maceió = 12 h – 27 min; JF = 12 h – 1 h e 12 min).
2. CÍRCULOS POLARES.
Seguindo adiante, vamos agora para a Terra do Fogo, no extremo sul do continente. Trata-se de um arquipélago binacional (Chile e Argentina). Do lado argentino, a maior cidade da região é Ushuaia (54°48’ S), com quase 83 mil habitantes (2022) [6]. Lá, o dia mais longo tem 17 h e 19 min de claridade e 6 h e 41 min de crepúsculo (ver adiante) e semiescuridão – o Sol aparece no horizonte às 4h51 e desaparece às 22h11 [7]. O dia mais curto tem 7 h e 12 min de claridade e 16 h e 48 min de escuridão – o Sol aparece às 9h58 e desaparece às 17h11.
Indo ainda mais para o sul, nós finalmente pisamos no Círculo Polar Antártico (66°33’ S). Mais 50’ e chegamos à latitude mágica de 67°23’, que é a latitude mais baixa na qual o Sol deixa de ser visto no solstício de inverno. Nas palavras de Zavatti (1968, p. 22; trad. livre):
“Sabe-se que, ao aumentar a latitude norte ou sul, aumentam também os períodos da noite polar e do dia longo, que nos pólos, em épocas alternadas, duram seis meses cada. […]
“Ao longo do Círculo Polar Ártico, o Sol não se põe durante alguns dias de verão e não aparece durante alguns dias de inverno. Para além do círculo polar, à medida que nos aproximamos do polo, aumenta a duração da noite, até quase o solstício de inverno (21/12 no hemisfério boreal, 21/6 no hemisfério austral). No polo Norte, o Sol permanece constantemente abaixo do horizonte de 22/9 a 20/3; ao contrário, de 20/3 a 22/9 não se põe nunca. Até 21/6, sua altura em relação ao horizonte aumenta progressivamente até atingir, no pólo, 23°27’. A partir daqui começa a diminuir. Na latitude de 68°, a duração da noite é de aproximadamente 41 dias; a 75°, 74 dias; a 80°, 134 dias. Em Svalbard, o dia mais longo demora quatro meses e, no inverno, por volta do meio-dia, um brilho fraco ilumina o céu no sul.”
2.1. Alguém mora aí?
As bases de pesquisa instaladas na Antártida talvez sejam os assentamentos humanos mais expressivos em todo o Círculo Polar Antártico. No hemisfério boreal, claro, a situação é bem diferente, visto que muita gente vive acima da latitude de 66°33’ N, sobretudo na Rússia e na Noruega.
Veja o caso da cidade portuária de Murmansk (68°58’ N). Trata-se da maior cidade dentro do Círculo Polar Ártico, com mais de 300 mil habitantes [8]. Murmansk, aliás, fica ao lado da pequena cidade de Kola (68°53’ N), onde foi feito aquele que é ainda hoje o mais profundo furo de sondagem da crosta terrestre (>12 mil m; ver Cap. 2). Outro exemplo digno de nota é o do arquipélago norueguês de Svalbard, entre 74° e 81° N, embora ali a população seja bem menor (~2,5 mil habitantes).
2.2. Dia sem Sol não é sinônimo de escuridão.
Não custa repetir: 67°23’ é a latitude mais baixa em que o Sol deixa de ser visto no solstício de inverno. Se nós avançamos para latitudes ainda mais altas, o número de dias sem Sol só irá aumentar.
É importante frisar, no entanto, que a ausência de Sol não implica automaticamente em escuridão. Veja: mesmo sem o Sol acima da linha do horizonte, parte dos raios solares ainda atinge as camadas mais altas da atmosfera, o que resulta em períodos de crepúsculo relativamente claros e demorados. Isso ajuda a explicar porque o inverno polar, contrariando o senso comum e até mesmo a opinião de alguns autores [9], nem sempre é sinônimo de escuridão de ponta a ponta.
Para entender melhor o que se passa, pode ser útil examinar mais de perto o conceito de crepúsculo.
3. CARACTERIZAÇÃO O CREPÚSCULO.
O crepúsculo costuma ser definido como o período de transição entre o dia (claridade) e a noite (escuridão) – e vice-versa. Em termos de definição formal, leva-se em conta a posição aparente do Sol e seus efeitos [10]. Três fases são reconhecidas: o crepúsculo civil, o c. náutico e o c. astronômico.
O crepúsculo civil ocorre quando o centro geométrico do Sol está entre 50’ e 6° abaixo da linha do horizonte [11]. Nessa fase, além de ser possível identificar a linha do horizonte, ainda há claridade suficiente para as atividades rotineiras ao ar livre. O crepúsculo náutico começa e termina quando o centro do Sol está entre 6° e 12° abaixo do horizonte. A linha do horizonte já não pode ser identificada; muitas estrelas se tornam visíveis; a iluminação de vias públicas passa a ser importante. O crepúsculo astronômico tem início e termina quando o centro do Sol está entre 12° e 18° abaixo do horizonte. Nessa fase, o céu se torna um breu de ponta a ponta; mesmo as estrelas de brilho mais fraco se tornam visíveis, pois já não há mais interferência das luzes vindas do horizonte e que eram refletidas pela atmosfera.
Nas palavras de Burn (1996, p. 6; trad. livre):
“O crepúsculo civil ocorre quando o centro do Sol está entre 50’ e 6° abaixo do horizonte. À noite, a escuridão nos obriga a interromper as atividades ao ar livre ao final do crepúsculo civil, mas ainda assim não é uma escuridão total. No sul do Canadá, as luzes das ruas em geral só são acesas uma meia hora após o pôr do sol, no final do crepúsculo civil. O crepúsculo dura ainda mais no inverno ártico, pois o Sol nasce e se põe em um ângulo muito mais suave e, por isso, leva mais tempo para cair 6° abaixo do horizonte.”
3.1. O que é e onde ocorre a noite polar?
Para além do crepúsculo, porém, certas latitudes de fato experimentam períodos prolongados de escuridão durante o inverno. Mais especificamente, localidades situadas acima de 72°33’ (N ou S) experimentam a chamada noite polar. Trata-se de um período em que as horas de escuridão superam as 24 h [12].
Para fins de ilustração, vamos concluir estimando as zonas latitudinais que experimentam o fenômeno da noite polar. Para tanto, devemos ter em mente o seguinte: (1) o disco solar tem um diâmetro aparente de 32’ (~0,5°); todavia, a aurora e o ocaso têm início quando o centro geométrico do Sol ainda está a uma distância de 50’ (pouco menos de 1°) abaixo da linha do horizonte; e (2) nos círculos polares (66°33’ N ou S), o centro geométrico do Sol toca a linha do horizonte no dia mais curto do ano.
No solstício de inverno, como já foi dito, o Sol deixa de ser visto em todas as latitudes acima de 67°23’ (= 66°33’ + 50’). Nesse mesmo dia, as seguintes latitudes deixam de experimentar certos tipos de crepúsculo: (i) localidades situadas acima de 72°33’ (= 66°33’ + 6°) já não experimentam mais o crepúsculo civil (i.e., o Sol permanece 6° abaixo da linha do horizonte); além disso, (ii) localidades situadas acima de 78°33’ (= 66°33’ + 12°) deixam de experimentar também o crepúsculo naútico (i.e., o Sol permanece 12° abaixo do horizonte); e, por fim, (iii) localidades situadas acima de 84°33’ (= 66°33’ + 18°) deixam de experimentar qualquer tipo de crepúsculo (i.e., o Sol permanece 18° abaixo do horizonte).
3.2. Tipos de noites polares.
Levando em conta os resultados acima, podemos então concluir dizendo o seguinte: (i) noite polar civil – é um período de escuridão que se estende por mais de 24 h e se manifesta no inverno em latitudes superiores a 72°33’; (ii) noite polar náutica – período de escuridão mais duradouro que se manifesta em latitudes superiores a 78°33’; e (iii) noite polar astronômica – período de escuridão ainda mais duradouro que se manifesta em latitudes superiores a 84°33’.
Eis o nome e a latitude de algumas localidades (todas canadenses) que experimentam algum tipo de noite polar (mostra-se a duração e as correspondentes datas no calendário, tanto do período sem aurora e sem ocaso como do período mais restrito de noite polar) [13]:
- Noite polar civil:
- Pond Inlet (72°42’): 75 d sem ver o Sol (15/11-28/1) e 11 d de noite polar (17-27/12);
- Artic Bay (73°02’): 78 d (13/11-29/1) e 22 d (12/12-2/1);
- Resolute (74°15’): 87 d (9/11-3/2) e 41 d (2/12-11/1); e
- Grise Fiord (76°25’): 100 d (2/11-6/2) e 64 d (20/11-22/1).
- Noite polar náutica:
- Eureka (79°59’): 122 d (22/10-20/2) e 90 d (7/11-4/2); e
- Alert (82°30’): 136 d (15/10-27/2) e 107 d (30/10-13/2).
A duração do fenômeno, como se vê, aumenta à medida que nós nos aproximamos dos polos.
NOTAS.
[*] Artigo extraído e adaptado do livro O tamanho do mundo & outras conjecturas (no prelo). Sobre a campanha Pacotes Mistos Completos (por meio da qual é possível adquirir, sem despesas postais, pacotes com os quatro livros do autor), ver o artigo Ciência e poesia em quatro volumes. Para adquirir o pacote ou algum volume específico, ou para mais informações, faça contato pelo endereço [email protected]. Para conhecer outros artigos ou obter amostras dos livros, ver aqui. [1] Em astronomia, há mais de uma definição do que seja dia ou ano. Nas palavras de Társia (1993, p. 90, 91, 114): “A principal unidade astronômica de tempo é o dia, que depende do astro ou ponto da esfera celeste considerado na medida do ângulo horário. Os objetos escolhidos para a definição do dia são: a) o Ponto Vernal, que define o dia sideral, unidade do chamado tempo sideral; b) o centro do disco aparente do Sol, que define o dia solar aparente, unidade do tempo solar aparente; c) o chamado ‘sol médio’, ponto imaginário da esfera celeste, cuja posição é calculada teoricamente. Ele define o dia solar médio, unidade do tempo solar médio. […] O tempo sideral é definido como sendo o ângulo horário do Ponto Vernal. Ele serve como medida da rotação da Terra em relação às estrelas. A unidade básica é o dia sideral, definido como o intervalo de tempo compreendido entre duas passagens consecutivas desse ponto pelo meridiano do observador. […] O ano sideral é o intervalo de tempo necessário para que a longitude geométrica média do Sol verdadeiro, contada a partir de um ponto fixo da eclíptica, aumente em 360°.” Em números redondos, o ano sideral vale 365 d 6 h 9 m 10 s. [2] Considera-se que a aurora e o ocaso têm início quando a borda superior do disco solar parece estar exatamente sobre o horizonte. (Estamos a falar, claro, de um horizonte desobstruído.) A rigor, a borda superior do Sol dá a impressão de estar sobre o horizonte quando de fato o centro do disco solar está 50’ abaixo do horizonte. (Trata-se, entre outras coisas, de um efeito da refração dos raios solares pela atmosfera.) E vez da borda superior, alguns autores adotam como marco de referência o centro geométrico do disco solar. Para detalhes, v. List (1971). [3] Solstício de verão e de inverno (lat. solstitium, sendo sol, Sol + stit-, do verbo sistere, parar) são os dias que marcam o início do verão e do inverno, respectivamente. Equinócio de outono e de primavera (do lat. aequinoctium, sendo aequus, igual + nox, de noctis, noite) são os dias que marcam o início do outono e da primavera, respectivamente. [4] Forsythe et al. (1995) propõem uma fórmula geral para os cálculos. Os valores citados aqui, no entanto, foram extraídos de https://geotimedate.org. [5] Lembrando que os municípios mais ao norte (e.g., Boa Vista) já estão abaixo de 5° N. [6] Para detalhes demográficos, v. Indec (2023). Um pouco mais ao sul está situada a cidade mais meridional do continente, a chilena Puerto Williams (54°56’ S), de ~1,8 mil habitantes (2017) (INE 2019). [7] O Sol desaparece às 22h11, mas se afasta pouco da linha do horizonte. Razão pela qual o crepúsculo noturno é prontamente sucedido pelo crepúsculo matutino. No fim das contas, a escuridão noturna dura pouco durante o verão e não chega a ser um breu de ponta a ponta. [8] Para detalhes, pesquise por Murmansk em https://arctic-russia.ru/. [9] Sobre a opinião equivocada de alguns autores, v. Burn (1996). [10] Para considerações históricas sobre o conceito de crepúsculo, v. Kimball (1916); para uma animação em tempo real, https://in-the-sky.org/twilightmap.php. [11] O diâmetro aparente do Sol equivale a ~32’ – i.e., pouco mais de meio grau. [12] Dá-se o nome de dia polar ao fenômeno complementar: período do verão em que as horas de claridade são superiores a 24 h. As localidades que no inverno experimentam a noite polar são as mesmas que experimentam o dia polar no verão. [13] Para detalhes, v. Burn (1996).*
REFERÊNCIAS CITADAS.
++ Brown, JH & Lomolino, MV. 2006 [1998]. Biogeografia, 2ª ed. R Preto, Funpec.
++ Burn, CR. 1996. The polar night. Inuvik, Aurora College.
++ Forsythe, WC & mais 4. 1995. A model comparison for day length as a function of latitude and day of year. Ecological Modelling 80: 87-95.
++ Indec. 2023. Censo nacional de población, hogares y viviendas 2022: Resultados provisionales. Buenos Aires, Instituto Nacional de Estadística y Censos.
++ INE. 2019. Ciudades, pueblos, aldeas y caseríos 2019. Santiago, Instituto Nacional de Estadísticas.
++ Kimball, HH. 1916. The duration and intensity of twilight. Monthly Weather Review 44: 614-20.
++ List, RJ. 1971. Smithsonian meteorological tables, 6th ed. Washington, Smithsonian.
++ Meinel, A & Meinel, M. 1983. Sunsets, twilights, and evening skies. Cambridge, CUP.
++ Társia, RD. 1993. Astronomia fundamental. BH, Editora da UFMG.
++ Zavatti, S. 1968 [1963]. El polo ártico. Barcelona, Labor.
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