Por que os dias mudam de duração ao longo do ano

A inclinação do eixo da Terra

A Terra gira em torno de um eixo que não é perpendicular à sua órbita. Ele está inclinado cerca de 23,4° (mais precisamente 23,44°, a chamada obliquidade da eclíptica). Essa inclinação se mantém apontando para a mesma direção no espaço, perto da estrela Polar, enquanto o planeta dá a volta no sol. Por isso, em metade do ano, o Hemisfério Sul fica inclinado na direção do sol, e na outra metade, afastado dele.

Quando um hemisfério aponta para o sol, o sol descreve no céu um arco mais alto e mais longo, porque nasce mais cedo, sobe bem alto ao meio-dia e se põe mais tarde. É o verão, com dias longos. Seis meses depois, o hemisfério aponta para longe do sol, o arco fica baixo e curto, e os dias encurtam. É o inverno. Sem essa inclinação, todos os lugares teriam 12 horas de dia e 12 de noite o ano inteiro, e as estações do ano deixariam de existir. O jeito como esse arco muda de posição ao longo do ano está detalhado em como o sol se move no céu.

A declinação do sol muda todo dia

Os astrônomos resumem esse vaivém em uma medida chamada declinação solar, que é a "latitude" sobre a qual o sol está a pino em cada dia. Ela varia suavemente ao longo do ano entre -23,4° (solstício de dezembro, sol a pino no Trópico de Capricórnio, verão no Sul) e +23,4° (solstício de junho, sol a pino no Trópico de Câncer). Nos dois equinócios, ela passa por 0°, o sol fica a pino sobre a linha do equador e o dia dura quase 12 horas em toda a Terra.

Quanto mais a declinação se afasta de zero e mais alta é a latitude do lugar, maior fica a diferença de duração entre dia e noite. É por isso que a variação anual do dia é quase nada perto do equador e enorme perto dos polos, até o caso extremo do sol da meia-noite, que só acontece dentro dos círculos polares. A declinação também determina a altura que o sol atinge ao meio-dia, tema de o que é o zênite e o meio-dia solar.

Duração do dia por cidade brasileira

A tabela traz, para cidades de norte a sul do Brasil, quanto dura o dia mais longo e o dia mais curto do ano, e a diferença entre os dois. Todos os valores foram calculados pelo motor astronômico do site. A variação cresce com a latitude.

No Norte, perto do equador, o dia é quase constante o ano inteiro, e por isso lá quase não se sente a diferença entre as estações no relógio. No Sul, a diferença entre o verão e o inverno passa de duas, três, quatro horas. A curva dia a dia de cada cidade está nos calendários do sol e no calendário de nascer e pôr do sol.

Altura do sol ao meio-dia em cada estação

A inclinação do eixo muda também a altura que o sol atinge no céu. A altura do sol ao meio-dia solar (o ponto mais alto do dia) varia com a estação, e a diferença é maior nas cidades de latitude média. A tabela traz a altura máxima do sol nos dois solstícios, calculada pelo motor do site.

Em São Paulo, em dezembro, o sol chega a 89,9°, praticamente no zênite, quase a pino sobre a cabeça, porque a cidade fica quase em cima do Trópico de Capricórnio. Em junho, o mesmo sol paulistano mal passa dos 43°. Essa diferença de altura pesa mais que a duração do dia no calor do inverno, porque a mesma luz se espalha por uma área maior do chão quando incide inclinada.

Por que dezembro é verão no Sul e junho no Norte

Na primeira tabela, as cidades do Hemisfério Sul (São Paulo, Porto Alegre) têm o dia mais longo em dezembro, enquanto Boa Vista, no Hemisfério Norte, tem o dia mais longo em junho. A causa é a mesma inclinação, vista dos dois lados. Quando o Polo Sul aponta para o sol (dezembro), é verão no Sul; seis meses depois, o Polo Norte é que aponta, e o verão se muda para o Hemisfério Norte. O Brasil, que fica quase todo no Sul mas cruza a linha do equador no extremo norte, tem cidades nos dois regimes.

A distância entre a Terra e o sol quase não influi nisso. A Terra fica um pouco mais perto do sol em janeiro (no verão do Sul) do que em julho. Se a distância decidisse as estações, o verão seria igual nos dois hemisférios ao mesmo tempo, o que não acontece. As estações e a duração do dia seguem a inclinação do eixo.

Duração do dia no equinócio

No equinócio, nenhum lugar da Terra tem exatamente 12 horas de dia e 12 de noite. Na tabela, até Macapá, sobre a linha do equador, tem o dia mais curto do ano com 12h07. O dia dura sempre alguns minutos a mais do que a noite, o ano inteiro, por duas razões.

• A refração atmosférica encurva a luz e ergue a imagem do sol cerca de meio grau. O sol aparece alguns minutos antes de cruzar geometricamente o horizonte e some alguns minutos depois. Isso alonga o dia.
• O nascer e o pôr contam a borda de cima do disco, e o centro fica fora da conta. O sol começa a "nascer" quando a primeira fatia aparece e só "se põe" quando a última fatia some, o que adiciona mais um pouco de dia.

Somados, esses dois efeitos alongam o dia em cerca de 6 a 8 minutos no equador. O dia em que dia e noite têm a mesma duração (o equilux) cai alguns dias antes do equinócio de outono e alguns dias depois do de primavera. A definição prática de nascer e pôr do sol muda o número final, tema também tratado em equinócio e solstício no Brasil.

Variação da inclinação ao longo de milhares de anos

Os 23,44° de hoje mudam em escala de milhares de anos. A obliquidade da Terra oscila lentamente entre cerca de 22,1° e 24,5°, num ciclo de aproximadamente 41 mil anos, puxada pela atração dos outros planetas. No momento, a inclinação está diminuindo cerca de meio segundo de arco por ano. Quando ela é maior, os verões e invernos ficam mais extremos; quando é menor, mais amenos. Essas variações lentas, junto com mudanças na forma da órbita e na direção do eixo, compõem os chamados ciclos de Milankovitch, que ajudam a explicar a chegada e a saída das eras glaciais ao longo de centenas de milhares de anos. Na escala de uma vida humana a inclinação é praticamente constante, e a tabela de duração do dia vale para as próximas décadas.

Duração do dia por município

Cada cidade tem a sua própria curva de duração do dia, com nascer e pôr do sol para qualquer data. A curva de cada município está na busca de nascer e pôr do sol, com São Paulo, Porto Alegre e Macapá como exemplos.

Perguntas frequentes