Entender muda
o seu olhar.

A Terra gira em torno do próprio eixo e, ao mesmo tempo, orbita o Sol. No equador, a rotação corresponde a cerca de 1.670 km/h; essa velocidade linear diminui com a latitude. Em torno do Sol, a velocidade orbital média fica próxima de 107 mil km/h.

Mas o Sistema Solar também está em movimento dentro da Via Láctea, e a própria Via Láctea se move em relação às demais galáxias do Grupo Local e a referenciais cosmológicos mais amplos. Por isso não existe uma única “velocidade absoluta da Terra”: o número depende do ponto de referência escolhido.

A animação organiza esses movimentos em camadas para mostrar a ideia correta: estar aparentemente parado na superfície da Terra não significa estar parado no espaço. Para astronomia de precisão, navegação e reconstrução do céu, é essencial dizer em relação a qual referencial uma posição ou velocidade está sendo descrita.

As estações do ano não são causadas pela maior ou menor distância entre a Terra e o Sol. A causa principal é a inclinação do eixo terrestre, de aproximadamente 23,44°, combinada com a translação da Terra. Durante parte do ano, um hemisfério fica inclinado mais diretamente para o Sol; seis meses depois, ocorre o contrário.

Nos solstícios, a diferença de iluminação entre os hemisférios chega aos extremos anuais: um deles recebe dias mais longos e radiação solar mais direta, enquanto o outro recebe dias mais curtos e luz mais oblíqua. Nos equinócios, o Sol cruza o equador celeste e os dois hemisférios recebem uma distribuição de iluminação muito mais simétrica.

“Dia e noite iguais” é uma boa simplificação didática, mas não é matematicamente exata em todos os lugares por causa da refração atmosférica, do tamanho aparente do disco solar e da forma como nascer e pôr do Sol são definidos.

A Lua exerce atração gravitacional sobre toda a Terra, mas essa atração é ligeiramente maior no lado mais próximo e menor no lado mais distante. É essa diferença — o gradiente gravitacional — que está no centro da explicação das marés. Em um modelo simplificado surgem dois bojos de maré aproximadamente opostos.

O Sol também produz marés. Quando Sol, Terra e Lua ficam aproximadamente alinhados, nas fases de Lua nova e Lua cheia, os efeitos lunar e solar reforçam um ao outro e produzem as chamadas marés de sizígia, normalmente com maior amplitude. Nos quartos crescente e minguante, as direções de ação formam aproximadamente um ângulo reto e surgem as marés de quadratura, em geral menos extremas.

Os oceanos reais são muito mais complexos que o desenho: continentes, profundidade, forma das bacias, rotação terrestre, ressonâncias e meteorologia alteram horários e amplitudes locais. Portanto, o “oceano com dois bojos perfeitos” é um modelo conceitual.

A Terra não aponta para sempre na mesma direção. O eixo de rotação executa um movimento lento semelhante ao de um pião: a precessão axial. A principal causa é o torque gravitacional do Sol e, sobretudo, da Lua sobre o abaulamento equatorial da Terra.

O ciclo completo dura aproximadamente 25.700 a 26.000 anos. Como consequência, os polos celestes descrevem grandes círculos no céu e o ponto de referência das coordenadas celestes muda lentamente. Também ocorre a chamada precessão dos equinócios, isto é, o deslocamento gradual dos pontos onde o equador celeste cruza a eclíptica.

Hoje Polaris está próxima do polo norte celeste. Em milhares de anos, outras estrelas ocuparão posições mais próximas desse polo. Vega é frequentemente usada como exemplo de estrela que ficará relativamente próxima do polo em cerca de 12 a 13 mil anos.

Esta segunda animação de precessão enfatiza uma consequência histórica muito concreta: o polo norte celeste passa por diferentes regiões do céu. Por volta do terceiro milênio antes da era comum, Thuban, na constelação do Dragão, esteve muito mais próxima do polo do que está hoje. Atualmente a referência é Polaris, na Ursa Menor.

Ao longo dos próximos milênios, o polo continuará percorrendo o círculo de precessão. Vega, na constelação da Lira, ficará relativamente próxima do polo em torno de 12 a 13 mil anos no futuro. Nenhuma dessas estrelas precisa ficar exatamente sobre o polo; elas funcionam como referências aproximadas.

Além da precessão, há movimentos menores como nutação e também o movimento próprio das próprias estrelas. Em escalas muito longas, portanto, o mapa do céu muda tanto pela orientação da Terra quanto pelo movimento das estrelas.

O Sol lança continuamente um fluxo de plasma chamado vento solar. Ao encontrar o campo magnético terrestre, esse plasma é desviado e comprime a magnetosfera no lado voltado para o Sol. No lado noturno, o campo é esticado, formando a magnetocauda.

Durante perturbações solares, partículas energéticas podem entrar na magnetosfera e ser guiadas pelas linhas de campo em direção às regiões polares. Ao colidir com átomos e moléculas da alta atmosfera, principalmente oxigênio e nitrogênio, transferem energia e produzem emissão de luz: a aurora.

A cor depende do tipo de átomo ou molécula, da altitude e da energia das partículas. Verde e vermelho são comuns em emissões de oxigênio; tons azulados e violáceos podem envolver nitrogênio molecular e seus íons.

O campo magnético terrestre é sustentado principalmente pelo geodínamo: movimentos de ferro líquido eletricamente condutor no núcleo externo, organizados pela rotação do planeta e pela convecção, geram correntes elétricas e mantêm um campo magnético global.

Perto da superfície, o campo pode ser aproximado por um dipolo inclinado em relação ao eixo de rotação, embora o campo real possua componentes mais complexas e varie continuamente. A magnetopausa é a fronteira em que a pressão do vento solar encontra a pressão magnética terrestre.

No lado diurno, a magnetopausa costuma ficar a cerca de dez raios terrestres do centro da Terra em condições típicas, mas pode se aproximar ou se afastar bastante durante eventos solares. Por isso valores numéricos mostrados em uma animação devem ser entendidos como referência, não como constantes universais.

Na relatividade geral, massa e energia alteram a geometria do espaço-tempo. A famosa imagem de uma malha afundando é apenas uma analogia bidimensional para ajudar a visualizar essa curvatura; o espaço-tempo real não é uma membrana elástica colocada dentro de um espaço externo.

A Terra e a Lua seguem trajetórias determinadas principalmente pela gravidade. Em linguagem newtoniana, falamos em força gravitacional; em relatividade geral, corpos em queda livre seguem geodésicas em um espaço-tempo curvo. As duas descrições coincidem muito bem em muitos problemas do Sistema Solar.

Já a magnetosfera é eletromagnética. Ela existe porque a Terra possui um campo magnético que interage com partículas carregadas do vento solar. Uma partícula neutra e uma partícula carregada podem responder de maneiras muito diferentes ao mesmo ambiente. Misturar gravidade e magnetismo como se fossem o mesmo “campo” leva a interpretações erradas.

O Sol é uma estrela; a Terra é um planeta rochoso; Ceres é classificado como planeta anão e orbita no cinturão principal de asteroides; o NEOWISE, oficialmente C/2020 F3 (NEOWISE), é um cometa que ficou muito brilhante em 2020.

Cometas são pequenos corpos ricos em gelos e poeira. Ao se aproximarem do Sol, o aquecimento libera gás e poeira, formando uma coma e caudas que podem se estender por milhões de quilômetros. Ceres, por outro lado, é um corpo aproximadamente esférico com centenas de quilômetros de diâmetro e não apresenta uma cauda cometária.

A cena do vídeo é uma composição artística. Sol, Terra, Ceres, cometa e superfície craterada aparecem juntos para fins didáticos, mas suas distâncias e tamanhos relativos não correspondem ao que um observador veria de um único ponto.

Galáxias espirais possuem um disco com estrelas, gás e poeira, uma região central mais densa e, muitas vezes, braços espirais onde se concentram nuvens moleculares e formação estelar. Faixas de poeira podem absorver luz visível e aparecem como estruturas escuras atravessando regiões brilhantes.

Aglomerados estelares reúnem estrelas ligadas gravitacionalmente ou formadas em ambientes comuns. Supernovas são explosões de estrelas em estágios finais específicos de evolução e podem temporariamente atingir luminosidades extraordinárias. Galáxias maiores também podem ter galáxias anãs satélites gravitacionalmente associadas.

As cores do vídeo são estilizadas. A Via Láctea, por exemplo, não pode ser vista da Terra “de fora” como uma espiral inteira; estamos dentro de seu disco. Imagens externas de galáxias semelhantes e observações em diferentes comprimentos de onda ajudam a reconstruir sua estrutura.

O horizonte de eventos é a fronteira causal a partir da qual sinais não conseguem retornar ao observador externo. Dizer que é o “ponto sem retorno” é útil, mas a explicação mais precisa vem da geometria do espaço-tempo, não de uma superfície material.

Para um buraco negro ideal não rotativo, a esfera de fótons fica a 1,5 vezes o raio de Schwarzschild e contém órbitas luminosas circulares instáveis. Em buracos negros rotativos, a geometria é mais complexa. O disco de acreção fica fora do horizonte: gás e plasma perdem energia, aquecem e podem emitir intensamente em rádio, luz visível, ultravioleta e raios X.

Jatos relativísticos não saem de dentro do horizonte. Eles são produzidos no ambiente externo, onde campos magnéticos intensos, o disco de acreção e, em muitos modelos, a rotação do buraco negro canalizam plasma ao longo do eixo de rotação. A “singularidade” é uma previsão da relatividade geral clássica; não é uma região que tenha sido observada diretamente, e uma teoria quântica da gravidade provavelmente será necessária para descrever o interior extremo.

O vento solar é um plasma que se expande continuamente a partir da coroa solar. Perto da Terra ele costuma viajar a centenas de quilômetros por segundo e, na maior parte do tempo, é supersônico e super-Alfvênico. Por isso, antes mesmo de alcançar a fronteira magnética principal do planeta, o fluxo sofre uma desaceleração e reorganização coletiva no chamado choque de proa.

Depois do choque existe a magnetobainha, uma região de plasma comprimido e turbulento. Mais para dentro fica a magnetopausa: a fronteira dinâmica onde a pressão do vento solar e a pressão magnética terrestre entram aproximadamente em equilíbrio. No lado diurno essa fronteira é comprimida; no lado noturno o campo é esticado por centenas de raios terrestres, formando a magnetocauda.

A forma mostrada no vídeo é uma excelente visualização qualitativa, mas a magnetosfera não é uma bolha rígida. Sua geometria varia continuamente com a pressão dinâmica do vento solar, com a orientação do campo magnético interplanetário e com processos como reconexão magnética.

No núcleo do Sol, a temperatura é de aproximadamente 15,7 milhões de kelvin e a densidade é alta o bastante para que reações de fusão ocorram. O processo dominante é a cadeia próton-próton. Em termos líquidos, quatro núcleos de hidrogênio — quatro prótons — acabam formando um núcleo de hélio-4, enquanto são produzidos positrons, neutrinos eletrônicos e fótons de alta energia.

Uma pequena diferença de massa entre os reagentes e os produtos é convertida em energia de acordo com E = mc². Parte da energia é carregada imediatamente para fora pelos neutrinos. O restante interage repetidamente com o plasma solar e atravessa a zona radiativa em um processo muito mais lento do que a simples viagem de um fóton em linha reta.

Mais externamente, na zona convectiva, o transporte de energia passa a ocorrer principalmente pelo movimento macroscópico do plasma: material quente sobe e material relativamente mais frio desce. A energia finalmente alcança a fotosfera, de onde grande parte da radiação que observamos é emitida; acima dela ficam a cromosfera e a coroa.

Auroras são a expressão visível de uma cadeia de transferência de energia que começa no ambiente solar. Partículas e campos do vento solar interagem com a magnetosfera; parte dessa energia é armazenada e redistribuída, especialmente na magnetocauda. Durante períodos ativos, elétrons e íons podem ser acelerados e precipitar ao longo das linhas do campo magnético em direção às regiões aurorais.

Ao penetrar na alta atmosfera, principalmente em altitudes de dezenas a centenas de quilômetros, essas partículas colidem com oxigênio atômico, nitrogênio molecular e nitrogênio ionizado. As colisões deixam átomos e moléculas em estados excitados. Quando retornam a estados de menor energia, emitem fótons em comprimentos de onda característicos.

O verde auroral muito comum está associado principalmente à emissão do oxigênio atômico em 557,7 nm. Em altitudes maiores, o oxigênio pode produzir vermelho próximo de 630,0 nm. Nitrogênio molecular e seus íons contribuem para tons azulados, violetas e avermelhados. O resultado forma arcos, cortinas e estruturas dinâmicas dentro dos ovais aurorais ao redor dos polos geomagnéticos.

O Sol é uma esfera de plasma condutor em rotação diferencial: o equador gira mais rapidamente que latitudes maiores. Convecção, rotação e movimentos internos sustentam um dínamo capaz de gerar um campo magnético global extremamente complexo, que muda ao longo do ciclo solar de aproximadamente 11 anos.

Na coroa, o plasma é fortemente influenciado pelo campo magnético. Regiões brilhantes em forma de arco, chamadas arcos coronais, conectam áreas de polaridade magnética oposta na fotosfera. O gás ionizado não percorre “tubos sólidos”; ele é confinado e guiado pela geometria do campo, permitindo que observemos indiretamente estruturas magnéticas.

Quando a configuração do campo acumula energia e muda rapidamente, pode ocorrer reconexão magnética. Esse processo reorganiza a topologia do campo e converte energia magnética em aquecimento, aceleração de partículas e movimento do plasma. Reconexão é um mecanismo central em muitos flares e pode participar de eventos associados a ejeções de massa coronal.