Suponham que colocaram uma câmara numa posição fixa,
tiraram uma foto ao céu
à mesma hora, todos os anos, durante um ano inteiro.
Depois empilharam todas as fotos umas por cima das outras.
Qual seria o aspeto do Sol nesta imagem combinada?
Um ponto fixo?
Um percurso circular?
Nada disso.
É estranho, mas aparece assim, com o desenho de um oito,
conhecido por "analema do Sol".
Mas porquê?
O movimento da Terra cria alguns ciclos.
Primeiro, gira sobre o seu eixo uma volta completa em cada 24 horas,
produzindo o nascer e o pôr do sol.
Ao mesmo tempo, faz um ciclo mais lento,
na sua órbita em volta do Sol, em cerca de 365 dias.
Mas há uma distorção.
Em relação ao plano da sua órbita,
a Terra não gira com o Polo Norte a apontar na vertical.
O seu eixo tem uma inclinação constante de 23,4 graus.
Isto é conhecido por "inclinação axial da Terra", ou obliquidade.
Uma inclinação de 23 graus pode não parecer importante,
mas é a principal razão por que temos estações diferentes.
Como o eixo se mantém inclinado sempre na mesma direção,
enquanto a Terra percorre a sua órbita anual,
há longos períodos, todos os anos,
em que a metade norte do planeta se mantém inclinada para o Sol,
enquanto a metade sul está afastada
e vice versa.
É aquilo a que chamamos verão e inverno.
Durante o verão, num determinado hemisfério,
o Sol parece estar mais alto, no céu,
tornando os dias mais compridos e mais quentes.
Uma vez por ano, a declinação do Sol
— o ângulo entre o equador e a posição na Terra
quando o Sol aparece diretamente lá em cima —
atinge o máximo.
Esse dia designa-se por solstício de verão, o dia mais comprido do ano.
É o único dia em que o Sol parece estar mais alto no céu.
Portanto, a inclinação axial da Terra
explica, em parte, porque é que o Sol muda de posição no céu.
O comprimento do analema
representa os 46,8 graus totais da declinação do Sol
ao longo do ano.
Mas porquê este desenho de um oito e não apenas uma linha reta?
Isso deve-se a outra característica da revolução da Terra:
a excentricidade da sua órbita.
A órbita da Terra em volta do Sol é uma elipse.
A distância ao Sol vai mudando em diversos pontos.
A alteração correspondente na força gravitacional
faz com que a Terra se mova mais depressa em janeiro,
quando ela atinge o ponto mais próximo do Sol
— o periélio —
e mais devagar em julho quando atinge o ponto mais distante
— o afélio.
A excentricidade da Terra significa que o meio-dia solar
— o momento em que o Sol se encontra mais alto no céu —
não ocorre sempre na mesma altura do dia.
Portanto, um relógio solar pode estar 16 minutos adiantado
ou 14 minutos atrasado, em relação a um relógio normal.
A hora dos relógios e a hora do Sol apenas coincide quatro vezes por ano.
A largura do analema representa a extensão deste desvio.
Então, como é que as pessoas sabiam as horas certas, antigamente?
Durante a maior parte da história do Homem,
bastava guiarem-se pela posição do Sol.
Mas, na era moderna,
a diferença entre o relógio de sol e o relógio mecânico tornou-se importante.
A equação do tempo, apresentada por Ptolomeu,
e posteriormente afinada com base no trabalho de Johannes Kepler,
converte a hora solar aparente para a hora GMT por que todos nos guiamos.
Os globos até tinham o analema impresso
para permitir que as pessoas calculassem a diferença
entre a hora do relógio e a hora solar com base no dia do ano.
A forma como o analema aparece depende do local em que estamos.
O ângulo de inclinação depende da latitude
ou fica invertido se estivermos no hemisfério sul.
Se estivermos noutro planeta,
podemos encontrar uma coisa totalmente diferente.
Consoante a excentricidade orbital e a inclinação axial desse planeta,
o analema pode aparecer com a forma duma lágrima,
oval,
ou até como uma linha reta.