A fase da lua representa o quanto dessa face iluminada está voltada também para a Terra.
Na parte inferior da figura, está mostrada a aparência da Lua em cada fase no hemisfério norte.
As quatro fases principais do ciclo são:
Lua Nova:
A face iluminada não pode ser vista da Terra.
• A Lua está na mesma direção do Sol, e portanto está no céu durante o dia.
• A Lua nasce aprox. 6h e se põe aprox. 18h.
Lua Quarto-Crescente:
Metade do disco iluminado pode ser visto da Terra. Vista do hemisfério sul da Terra, a forma da Lua lembra a letra C (vista do hemisfério norte lembra a letra D).
• Lua e Sol, vistos da Terra, estão separados de 90°.
• a Lua está a leste do Sol, que portanto ilumina seu lado oeste
• a Lua nasce aprox. meio-dia e se põe aprox. meia-noite
Lua Cheia
Toda a face iluminada da Lua está voltada para a Terra. A Lua está no céu durante toda a noite, com a forma de um disco.
• Lua e Sol, vistos da Terra, estão em direções opostas, separados de 180°, ou 12h.
• a Lua nasce 18h e se põe 6h do dia seguinte.
Lua Quarto-Minguante
Metade do disco iluminado pode ser visto da Terra, como em Quarto-Crescente. Vista do hemisfério sul da Terra, a forma da Lua lembra a letra D (vista do hemisfério norte lembra a letra C)
• a Lua está a oeste do Sol, que ilumina seu lado leste
• a Lua nasce meia-noite e se põe meio-dia
O intervalo de tempo entre duas fases iguais consecutivas é de 29d 12h 44m 2.9s ( 29,5 dias). Essa é a duração do mês sinódico, ou lunação, ou período sinódico da Lua.
Apresentamos o céu em Porto Alegre, à meia-noite, de 12 de abril de 2003 a 22 de abril de 2003. Nas figuras, o norte está para cima, o sul para baixo, o leste para a esquerda, o oeste para a direita, e o zênite no meio da figura.
O período sideral da Lua, ou mês sideral é o tempo necessário para a Lua completar uma volta em torno da Terra, em relação a uma estrela. Sua duração é de 27d 7h 43m 11s, sendo portanto 2,25 dias mais curto do que o mês sinódico.
O intervalo de tempo entre duas fases iguais consecutivas, de 29d 12h 44m 2.9s, o período sinódico da Lua, é 2,25 dias maior do que o período sideral da Lua porque nos 27,32 dias em que a Lua faz uma volta completa em relação às estrelas, o Sol de deslocou aproximadamente 27° (27 dias × 1°/dia) para leste, e portanto será necessário mais 2 dias [27°/(360°/27,32 dias)] para a Lua se deslocar estes 27° e estar na mesma posição em relação ao Sol.
Dia Lunar: Tendo em vista que o período sideral da Lua é de 27,32166 dias, isto é, que ela se move 360° em relação às estrelas para leste a cada 27,32 dias, deduz-se que ela se desloca para leste 13° por dia (360°/27,32), em relação às estrelas. Levando-se em conta que a Terra gira 360° em 24 horas, e que o Sol de desloca 1° para leste por dia, deduzimos que a Lua se atrasa 48 minutos por dia [(12°/360°)×(24h×60m)], isto é, a Lua nasce cerca de 48 minutos mais tarde a cada dia.
Recapitulando, a Lua se move cerca de 13° para leste, por dia, em relação às estrelas. Esse movimento é um reflexo da translação da Lua em torno da Terra, completada em 27,32 dias (mês sideral). O Sol também se move cerca de 1° por dia para leste, refletindo a translação da Terra em torno do Sol, completada em 365,2564 dias (ano sideral). Portanto, a Lua se move cerca de 12° por dia em relação ao Sol, e a cada dia a Lua cruza o meridiano local aproximadamente 48 min mais tarde do que no dia anterior. O dia lunar, portanto, tem 24h48m.
Rotação da Lua: À medida que a Lua orbita em torno da Terra, completando seu ciclo de fases, ela mantém sempre a mesma face voltada para a Terra. Isso indica que o seu período de translação é igual ao período de rotação em torno de seu próprio eixo. Portanto. a Lua tem rotação sincronizada com a translação.
É muito improvável que essa sincronização seja casual. Acredita-se que ela tenha acontecido como resultado das grandes forças de maré exercidas pela Terra na Lua no tempo em que a Lua era jovem e mais elástica. As deformações tipo bojos causadas na superfície da Lua pelas marés teriam freiado a sua rotação até ela ficar com o bojo sempre voltado para a Terra, e portanto com período de rotação igual ao de translação. Essa perda de rotação teria em consequência provocado o afastamento maior entre Lua e Terra (para conservar o momentum angular). Atualmente a Lua continua afastando-se da Terra, a uma taxa de 4 cm/ano.
Note que como a Lua mantém a mesma face voltada para a Terra, um astronauta na Lua não vê a Terra nascer ou se pôr. Se ele está na face voltada para a Terra, a Terra estará sempre visível. Se ele estiver na face oculta da Lua, nunca verá a Terra.
Como o sistema Terra-Lua sofre influência gravitacional do Sol e dos planetas, a Terra e a Lua não são esféricas e as marés provocam fricção dentro da Terra e da Lua, a órbita não é regular, precisando de mais de cem termos para ser calculada com precisão. O período sideral varia até 7 horas.
A órbita da Lua em torno da Terra está inclinada 5° em relação à orbita da Terra em torno do Sol.
A órbita da Lua em torno da Terra é uma elipse, exagerada nesta figura, e a Lua está 10% mais próxima no perigeu do que no apogeu.
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