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Alfredo de Sá Carvalhal
1 Sistema Terra-Lua-Sol
2 Índice 1. Introdução Simulador Painel Principal... 3 O que ocorreu com dimensões e distâncias dos corpos estudados? Visualização - Wireframe/Texturizada Visualização Órbitas/Cone de Sombra/Plano das Órbitas Câmeras Especiais 1, 2 e Controle do Tempo Eclipses Velocidade dos Movimentos Executar e Pausar... 20
3 1. Introdução O objetivo desta simulação é explorar o ambiente tridimensional hipermídia para facilitar a compreensão de algumas relações astronômicas entre os seguintes corpos: Terra, Lua e Sol. As relações destacadas são: eclipses solares e lunares; fases da lua. Avalia-se que estes fenômenos adequem-se bastante à representação em 3 Dimensões (3D) e, portanto, a expectativa é que a simulação ou exploração destes fenômenos em ambientes tridimensionais devam prover, de forma mais eficaz, a compreensão do assunto se comparado com ambientes em 2 Dimensões (2D). 2. Simulador Para representar o sistema TLS (Terra-Lua-Sol) foi preciso alterar a proporção em relação às suas dimensões reais, vamos ver o porquê mais a frente. Agora, iniciaremos os estudos com esse simulador. 2.1 Painel Principal É onde estão todas as ferramentas que o simulador disponibiliza. Para exibir ou fechar o painel basta clicar no botão em destaque vermelho mostrado nas imagens abaixo. O Painel pode ser arrastado facilmente clicando-se na sua borda superior. Outra opção para fechá-lo é clicando no botão X localizado no canto superior direito do painel. Veremos em breve como funciona e para que serve cada botão existente nesse painel.
4 Figura 01 Terra, Sol e Lua Figura 02 Painel Principal
5 O que ocorreu com dimensões e distâncias dos corpos estudados? Para representar o sistema TLS foi preciso alterar a proporção em relação às suas dimensões reais, pois se a Terra fosse uma bola de 20 cm de diâmetro (tamanho de uma bola de futebol), a Lua seria uma bola de 5 cm de diâmetro (tamanho de uma bola de tênis) colocada a 6m da Terra. O Sol seria outra bola de 22 m de diâmetro (tamanho de um caminhão grande) colocado a 2,35 km da Terra. Observe a Figura 03 abaixo as proporções entre os tamanhos da Terra, da Lua e do Sol. Diâmetros dos corpos: Terra, km; Lua, km; Sol, km. A Terra é 3,7 vezes maior do que a Lua. O sol é 108,6 vezes maior do que a Terra e 399,4 vezes maior do que a Lua. Na representação que se segue a Terra tem 3,7 mm, a Lua 1,0 mm, e o Sol 40 cm. Figura 03 Proporções de Tamanho
6 Na Figura 04, há uma tentativa de indicar as distâncias. As distâncias reais mínimas Terra-Sol e Terra-Lua, são respectivamente km e km. A distância Terra-Lua é 30 vezes o diâmetro da Terra, e a distância Terra-Sol é 400 vezes a distância Terra-Lua. Observe que os diâmetros dos corpos permanecem iguais aos da figura anterior, mas temos ainda a representação das distâncias onde a Terra está 11 cm distante da Lua. Considerando essa proporção o Sol deveria estar 40,1 m distante da Terra e 40 m distante da Lua. Foi por esta razão que tivemos que alterar a distância do Sol na simulação e, consequentemente, dos ângulos de órbitas dos corpos. Figura 04 Proporções de Distâncias
7 2.2 Visualização - Wireframe/Texturizada Existem dois tipos de visualização dos corpos estudados: wireframe e texturizada. Para escolher a forma de visualização basta exibir o Painel e clicar nos botões que estão em destaque vermelho na Figura 05. A visualização wireframe exibe apenas as linhas que modelam os objetos e deixa os corpos livre de qualquer iluminação permitindo a fácil visualização dos mesmos. Já a visualização texturizada permite que o usuário observe uma representação mais próxima da realidade. Figura 05 - Visualização Wireframe 2.3 Visualização Órbitas/Cone de Sombra/Plano das Órbitas Ainda na seção de visualização, temos a possibilidade de observar as órbitas que regem os movimentos da Terra e da Lua, bem como o plano das órbitas e o cone de sombra gerado pela Terra. Para habilitá-los basta clicar no botão que está em destaque vermelho na Figura 06, Figura 07 e Figura 08. Os mesmos botões devem ser clicados quando se quiser desmarcar a opção.
8 Figura 06 - Órbitas
9 Figura 07 Cones de Sombra
10 Figura 08 Planos das Órbitas Lembre-se que tivemos que alterar as proporções reais do sistema para podermos realizar alguns fenômenos mais próximos da realidade. Nesse caso, vemos a inclinação do plano da órbita da Lua em relação à da Terra bem maior que a realidade. Na verdade temos que o plano da órbita da Lua em torno da Terra é aproximadamente 5º inclinado em relação ao plano da órbita da Terra em torno do Sol (a eclíptica). É devido a esta inclinação que podemos observar a Lua cheia, pois, se as órbitas fossem coplanares, em toda Lua Cheia haveria eclipse lunar, e, em toda Lua Nova eclipse solar. Saiba ainda que o tempo de translação da Lua em torno da Terra (mês lunar) é de aproximadamente 27 dias (27 dias, 7 horas e 43 minutos). Este tempo é o mesmo tempo que a Lua demora para dar uma volta em torno do seu eixo, de modo que a Lua só mostra a mesma face para a Terra. Contudo, devido à inclinação do plano da órbita da Lua é possível perceber, ao longo de um mês, mais do que 50% da superfície lunar. Veja mais detalhes na Figura 09.
11 Figura 09
12 2.4 Câmeras Especiais 1, 2 e 3 Todas as três câmeras possuem a mesma borda superior e o botão fechar existentes no Painel Principal, mas, além disso, possui um botão que mostra as guias (observe as linhas azuis na Figura 12) de posicionamento da câmera em relação aos corpos e um botão que escalona (aumenta e diminui) a janela de visualização. Veja Figura 10 e 11. Figura 10 Janela da câmera 1
13 Figura 11 Redimensionar vistas A câmera 1 possui uma visualização frontal da Terra em relação ao Sol ficando com uma vista da Terra com uma coroa solar. Com a câmera 1 podemos saber se a Lua está na posição entre o Sol e a Terra ou, em relação ao Sol, depois da Terra. Ative a câmera 1 clicando no botão marcado de vermelho na Figura 12.
14 Figura 12 Câmera 1 Com a câmera 2 podemos também saber se a Lua está na posição entre o Sol e a Terra ou, em relação ao Sol, depois da Terra. Na metade superior da tela (câmera) indica que a Lua está atrás da Terra, já com a Lua na parte inferior da tela indica que a Lua está entre o Sol e a Terra. Observando ao mesmo tempo as câmeras 1 e 2 podemos saber se está ou não ocorrendo eclipse. Acompanhe abaixo:
15 Figura 13 Câmeras e Eclipse Na imagem acima podemos observar que está acontecendo um eclipse lunar parcial, pois a câmera 1 exibe a Lua passando quase pelo centro da Terra e na câmera 2 a Lua posicionada na parte superior da tela.
16 Figura 14 Câmera 2 A câmera 3 possui sempre uma visualização da Lua de uma observador na Terra. Através dela podemos observar todas as fases da Lua que estão ocorrendo. As fases da Lua acontecem devido ao movimento de translação da Lua em torno da Terra e se classificam em quatro etapas: Lua Nova, Quarto Crescente, Lua Cheia e Quarto Minguante. Observe cada uma delas clicando no botão em destaque na Figura 15.
17 Figura 15 Câmera 3
18 2.5 Controle do Tempo Nesta parte do Painel Principal podemos controlar a velocidade dos movimentos de rotação e translação, parar ou executar a simulação e forçar quatro eclipses parciais solares e lunares Eclipses Para forçar eclipses solares parciais, basta clicar nos botões indicados pelas setas vermelhas na Figura abaixo. Observe que a Terra em azul (destaque no retângulo vermelho) é mostrada realizando sua órbita em torno do Sol. No momento em que passa pelos botões indicados com um sol acontece o eclipse. Podemos ver melhor o eclipse na câmera 3. Figura 16 Eclipse Solar O mesmo acontece se quisermos forçar eclipses lunares parciais. Clique nos botões indicados pelas setas vermelhas na Figura 17.
19 Figura 17 Eclipse Lunar Velocidade dos Movimentos Com a ferramenta em destaque vermelho na Figura 18, podemos avançar no tempo acelerando a velocidade de rotação e translação dos corpos estudados. Arrastando o botão pra cima, a velocidade aumenta e, para baixo, ela diminui.
20 Figura 18 Avançar Executar e Pausar O botão em destaque vermelho na Figura 19 pode fazer a simulação pausar em qualquer instante. Clicando nesse botão, automaticamente ele trocará para outro botão que permite a execução/continuação da simulação.