Equinócio

Um equinócio solar é um momento no tempo em que o Sol cruza o equador da Terra, ou seja, aparece diretamente acima do equador, em vez de ao norte ou ao sul do equador. No dia do equinócio, o Sol parece nascer "leste" e defina "oeste". Isso ocorre duas vezes por ano, por volta de 20 de março e 23 de setembro.

Mais precisamente, um equinócio é tradicionalmente definido como o momento em que o plano do equador da Terra passa pelo centro geométrico do disco solar. Equivalentemente, este é o momento em que o eixo de rotação da Terra está diretamente perpendicular à linha Sol-Terra, não se inclinando nem na direção nem na direção oposta ao Sol. Nos tempos modernos, uma vez que a Lua (e, em menor grau, os planetas) faz com que a órbita da Terra varie ligeiramente de uma elipse perfeita, o equinócio é oficialmente definido pela longitude eclíptica mais regular do Sol, e não por sua declinação. Os instantes dos equinócios são atualmente definidos como quando a longitude geocêntrica aparente do Sol é 0° e 180°.

A palavra é derivada do latim aequinoctium, de aequus (igual) e nox (genitivo noctis ) (noite). No dia de um equinócio, o dia e a noite têm aproximadamente a mesma duração em todo o planeta. Eles não são exatamente iguais, no entanto, por causa do tamanho angular do Sol, da refração atmosférica e da rápida mudança na duração do dia que ocorre na maioria das latitudes em torno dos equinócios. Muito antes de conceber essa igualdade, as culturas equatoriais primitivas notaram o dia em que o Sol nasce no leste e se põe no oeste e, de fato, isso acontece no dia mais próximo do evento astronomicamente definido. Como consequência, de acordo com um relógio de sol devidamente construído e alinhado, a duração do dia é de 12 horas.

No Hemisfério Norte, o equinócio de março é chamado de vernal ou equinócio de primavera, enquanto o equinócio de setembro é chamado de outono ou equinócio de outono. No Hemisfério Sul, ocorre o inverso. Durante o ano, os equinócios se alternam com os solstícios. Anos bissextos e outros fatores fazem com que as datas de ambos os eventos variem ligeiramente.

Os nomes dos hemisférios neutros são equinócio do norte para o equinócio de março, indicando que naquele momento a declinação solar está cruzando o equador celeste na direção norte e equinócio do sul para o equinócio de setembro, indicando que naquele momento a declinação solar está cruzando o equador celeste em direção ao sul.

Equinócios na Terra

Geral

Observando sistematicamente o nascer do sol, as pessoas descobriram que ele ocorre entre dois locais extremos no horizonte e, eventualmente, observaram o ponto médio entre os dois. Mais tarde percebeu-se que isso acontece em um dia em que a duração do dia e da noite são praticamente iguais e a palavra "equinócio" vem do latim aequus, que significa "igual", e nox, que significa "noite".

No hemisfério norte, o equinócio vernal (março) convencionalmente marca o início da primavera na maioria das culturas e é considerado o início do ano novo no calendário assírio, hindu e persa ou calendários iranianos, enquanto o equinócio de outono (setembro) marca o início do outono. Os antigos calendários gregos também tinham o início do ano no equinócio de outono ou de primavera e alguns nos solstícios. O mecanismo de Antikythera prediz os equinócios e solstícios.

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  Iluminação da Terra pelo Sol no equinócio

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  A relação entre a Terra, o Sol e as estrelas no equinócio de março. Da perspectiva da Terra, o Sol parece mover-se ao longo da eclíptica (vermelho), que é inclinada em comparação com o equador celestial (branco).

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  Diagrama das estações da Terra como visto a partir do norte. Muito direito: solstício de dezembro.

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  Diagrama das estações da Terra como visto do sul. Longa esquerda: solstício de junho.

Os equinócios são os únicos momentos em que o terminador solar (o "limite" entre a noite e o dia) é perpendicular ao equador. Como resultado, os hemisférios norte e sul são igualmente iluminados.

Pela mesma razão, este também é o momento em que o Sol nasce para um observador em um dos pólos de rotação da Terra e se põe no outro. Por um breve período de aproximadamente quatro dias, os polos norte e sul ficam à luz do dia. Por exemplo, em 2021, o nascer do sol no Pólo Norte é 18 de março às 07h09 UTC e o pôr do sol no Pólo Sul é 22 de março às 13h08 UTC. Também em 2021, o nascer do sol no Pólo Sul é 20 de setembro às 16h08 UTC e o pôr do sol no Pólo Norte é 24 de setembro às 22h30 UTC.

Em outras palavras, os equinócios são os únicos momentos em que o ponto subsolar está no equador, o que significa que o Sol está exatamente acima de um ponto na linha equatorial. O ponto subsolar cruza o equador movendo-se para o norte no equinócio de março e para o sul no equinócio de setembro.

Data

Quando Júlio César estabeleceu o calendário juliano em 45 a.C., ele estabeleceu 25 de março como a data do equinócio da primavera; este já era o dia inicial do ano nos calendários persa e indiano. Como o ano juliano é mais longo que o ano tropical em cerca de 11,3 minutos em média (ou 1 dia em 128 anos), o calendário "desviou" com relação aos dois equinócios - de modo que em 300 AD o equinócio da primavera ocorreu por volta de 21 de março e, na década de 1580 AD, havia retrocedido para 11 de março.

Esta deriva induziu o Papa Gregório XIII a estabelecer o calendário gregoriano moderno. O Papa queria continuar em conformidade com os éditos do Concílio de Nicéia em 325 AD sobre a data da Páscoa, o que significa que ele queria mudar o equinócio vernal para a data em que caía naquela época (21 de março é o dia alocado a ele na tabela de Páscoa do calendário juliano) e mantê-lo em torno dessa data no futuro, o que ele conseguiu reduzindo o número de anos bissextos de 100 para 97 a cada 400 anos. No entanto, permaneceu uma pequena variação residual na data e hora do equinócio vernal de cerca de ± 27 horas de sua posição média, praticamente tudo porque a distribuição dos dias bissextos centuriais de 24 horas causa grandes saltos (consulte o solstício bissexto do calendário gregoriano).

Datas modernas

As datas dos equinócios mudam progressivamente durante o ciclo dos anos bissextos, porque o ano do calendário gregoriano não é compatível com o período de revolução da Terra em torno do Sol. Somente após um ciclo gregoriano bissexto completo de 400 anos é que as estações começam aproximadamente ao mesmo tempo. No século 21, o primeiro equinócio de março será em 19 de março de 2096, enquanto o mais recente foi em 21 de março de 2003. O primeiro equinócio de setembro será em 21 de setembro de 2096, enquanto o último foi em 23 de setembro de 2003 (horário universal).

Nomes

• Equinócio vernal e equinócio de outono: estes nomes clássicos são derivados diretos do latim (Ver = primavera, e Outono = outono). Estes são os termos historicamente universais e ainda mais amplamente utilizados para os equinócios, mas são potencialmente confusos porque no hemisfério sul o equinócio vernal não ocorre na primavera e o equinócio outono não ocorre no outono. O idioma comum equivalente termos em inglês equinócio de mola e outono (ou queda) equinox são ainda mais ambíguos. Tornou-se cada vez mais comum para as pessoas se referirem ao equinócio de setembro no hemisfério sul como o equinócio Vernal.
• Equinócio de março e equinócio de setembro: nomes referentes aos meses do ano em que ocorrem, sem ambiguidade em que o hemisfério é o contexto. Eles ainda não são universais, no entanto, como nem todas as culturas usam um calendário com base solar onde os equinócios ocorrem todos os anos no mesmo mês (como não fazem no calendário islâmico e no calendário hebraico, por exemplo). Embora os termos tenham se tornado muito comuns no século XXI, eles foram às vezes usados pelo menos há muito tempo como o meados do século XX.
• Equinócio do norte e equinócio do sul: nomes que se referem à direção aparente do movimento do Sol. O equinócio do norte ocorre em março, quando o Sol atravessa o equador do sul ao norte, e o equinócio do sul ocorre em setembro, quando o Sol atravessa o equador do norte ao sul. Estes termos podem ser usados inequívocamente para outros planetas. Eles raramente são vistos, embora foram propostos pela primeira vez mais de 100 anos atrás.
• Primeiro ponto de Áries e primeiro ponto de Balança: nomes referentes aos sinais astrológicos que o Sol está entrando. No entanto, a precessão dos equinócios mudou esses pontos para as constelações Peixes e Virgo, respectivamente.

Duração do dia e da noite equinocial

Contour plot das horas da luz do dia como uma função de latitude e dia do ano, mostrando aproximadamente 12 horas da luz do dia em todas as latitudes durante os equinócios

Terra no equinócio de março de 2019

Dia é geralmente definido como o período em que a luz solar atinge o solo na ausência de obstáculos locais. Na data do equinócio, o centro do Sol passa aproximadamente a mesma quantidade de tempo acima e abaixo do horizonte em todos os locais da Terra, de modo que a noite e o dia têm aproximadamente a mesma duração. O nascer e o pôr do sol podem ser definidos de várias maneiras, mas uma definição comum é o momento em que a parte superior do Sol está nivelada com o horizonte. Com esta definição, o dia é mais longo que a noite nos equinócios:

1. Da Terra, o Sol aparece como um disco em vez de um ponto de luz, então quando o centro do Sol está abaixo do horizonte, sua borda superior pode ser visível. Nascer do sol, que começa o dia, ocorre quando o topo do disco do Sol aparece acima do horizonte oriental. Nesse instante, o centro do disco ainda está abaixo do horizonte.
2. A atmosfera da Terra refrata a luz solar. Como resultado, um observador vê a luz do dia antes do topo do disco do Sol aparecer acima do horizonte.

Nas tabelas nascer/pôr do sol, a refração atmosférica é considerada de 34 minutos de arco e o semidiâmetro assumido (raio aparente) do Sol é de 16 minutos de arco. (O raio aparente varia ligeiramente dependendo da época do ano, ligeiramente maior no periélio em janeiro do que no afélio em julho, mas a diferença é comparativamente pequena.) Sua combinação significa que, quando o ramo superior do Sol está no horizonte visível, seu centro está 50 minutos de arco abaixo do horizonte geométrico, que é a interseção com a esfera celeste de um plano horizontal através do olho do observador.

Esses efeitos tornam o dia cerca de 14 minutos mais longo do que a noite no equador e ainda mais longo em direção aos pólos. A igualdade real de dia e noite só acontece em lugares distantes o suficiente do equador para ter uma diferença sazonal na duração do dia de pelo menos 7 minutos, ocorrendo na verdade alguns dias no lado de inverno de cada equinócio.

As horas do pôr do sol e do nascer do sol variam de acordo com a localização do observador (longitude e latitude), portanto, as datas em que o dia e a noite são iguais também dependem da localização do observador.

Uma terceira correção para a observação visual de um nascer do sol (ou pôr do sol) é o ângulo entre o horizonte aparente visto por um observador e o horizonte geométrico (ou sensível). Isso é conhecido como mergulho do horizonte e varia de 3 minutos de arco para um observador em pé na costa do mar a 160 minutos de arco para um alpinista no Everest. O efeito de um mergulho maior em objetos mais altos (atingindo mais de 2½° de arco no Everest) explica o fenômeno da neve no pico de uma montanha que se torna dourada à luz do sol muito antes de as encostas mais baixas serem iluminadas.

A data em que o dia e a noite são exatamente iguais é conhecida como equilux; o neologismo, que se acredita ter sido cunhado na década de 1980, alcançou um reconhecimento mais amplo no século XXI. Nas medições mais precisas, um verdadeiro equiluxo é raro, porque as durações do dia e da noite mudam mais rapidamente do que em qualquer outra época do ano em torno dos equinócios. Nas latitudes médias, a luz do dia aumenta ou diminui em cerca de três minutos por dia nos equinócios e, portanto, dias e noites adjacentes atingem apenas um minuto um do outro. A data da maior aproximação do equilux varia ligeiramente de acordo com a latitude; nas latitudes médias, ocorre alguns dias antes do equinócio de primavera e depois do equinócio de outono em cada hemisfério respectivo.

Visão geocêntrica das estações astronômicas

Na metade do ano centrada no solstício de junho, o Sol nasce ao norte do leste e se põe ao norte do oeste, o que significa dias mais longos com noites mais curtas para o hemisfério norte e dias mais curtos com noites mais longas para o hemisfério sul. No semestre centrado no solstício de dezembro, o Sol nasce ao sul do leste e se põe ao sul do oeste e as durações do dia e da noite são invertidas.

Também no dia de um equinócio, o Sol nasce em todos os lugares da Terra (exceto nos pólos) por volta das 06:00 e se põe por volta das 18:00 (hora solar local). Esses horários não são exatos por vários motivos:

• A maioria dos lugares na Terra usa um fuso horário que difere da hora solar local por minutos ou até horas. Por exemplo, se uma localização usa um fuso horário com meridiano de referência 15° para o leste, o Sol subirá cerca de 07:00 no equinócio e definirá 12 horas depois por volta das 19:00.
• O comprimento do dia também é afetado pela velocidade orbital variável da Terra ao redor do Sol. Este efeito combinado é descrito como a equação do tempo. Assim, mesmo locais que jazem no meridiano de referência do fuso horário não verão nascer e pôr do sol às 6:00 e 18:00. No equinócio de março eles são 7-8 minutos depois, e no equinócio de setembro eles são cerca de 7-8 minutos antes.
• Nascer do sol e pôr do sol são comumente definidos para o membro superior do disco solar, em vez de seu centro. O membro superior já está acima por pelo menos um minuto antes do centro aparecer, e o membro superior também define mais tarde do que o centro do disco solar. Além disso, quando o Sol está perto do horizonte, a refração atmosférica muda sua posição aparente acima de sua posição verdadeira por um pouco mais do que seu próprio diâmetro. Isso faz o nascer do sol mais de dois minutos antes e pôr do sol uma quantidade igual mais tarde. Estes dois efeitos combinam-se para fazer o equinócio dia 12^h 7^m longo e noite apenas 11^h 53^m. Note, no entanto, que esses números são apenas verdadeiros para os trópicos. Para latitudes moderadas, a discrepância aumenta (por exemplo, 12 minutos em Londres); e mais perto dos pólos torna-se muito maior (em termos de tempo). Até cerca de 100 km de qualquer pólo, o Sol está pronto para uma completa 24 horas em um dia de equinócio.
• A altura do horizonte muda o comprimento do dia. Para um observador no topo de uma montanha o dia é mais longo, enquanto em pé em um vale encurtará o dia.
• O Sol é maior em diâmetro do que a Terra, então mais da metade da Terra está em luz solar a qualquer momento (porque os raios não paralelos criam pontos tangentes além de uma linha de dia-noite igual).

Arcos diurnos do Sol

Algumas das afirmações acima podem ficar mais claras imaginando o arco do dia (ou seja, o caminho ao longo do qual o Sol parece se mover no céu). As imagens mostram isso para cada hora no dia do equinócio. Além disso, alguns 'fantasmas' os sóis também são indicados abaixo do horizonte, até 18° abaixo dele; o Sol nessas áreas ainda causa o crepúsculo. As representações apresentadas abaixo podem ser usadas para os hemisférios norte e sul. O observador está sentado perto da árvore na ilha retratada no meio do oceano; as setas verdes indicam pontos cardeais.

• No hemisfério norte, ao norte é para a esquerda, o Sol sobe no leste (seta de distância), culmina no sul (seta direita), enquanto se move para a direita e se estabelece no oeste (seta esquerda).
• No hemisfério sul, ao sul é à esquerda, o Sol sobe no leste (seta à esquerda), culmina no norte (seta direita), enquanto se move para a esquerda e se põe no oeste (seta distante).

Os seguintes casos especiais são descritos:

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  Arco do dia a 0 ° de latitude (equator)
  O arco passa pelo zênite, resultando em qualquer objeto puramente vertical (como um obelisco ou pilar) sem sombra ao meio-dia.

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  Arco do dia a 20° de latitude
  O Sol culmina em 70° altitude e seu caminho no nascer do sol e pôr do sol ocorre em um ângulo de 70° íngreme ao horizonte. Twilight ainda dura cerca de uma hora.

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  Arco do dia à latitude 50°
  Twilight dura quase duas horas.

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  Arco do dia a 70° latitude
  O Sol culmina em nada mais do que 20° de altitude e seu caminho diário ao nascer do sol e ao pôr do sol está em um ângulo de 20° raso ao horizonte. Twilight dura mais de quatro horas.

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  Arco do dia a 90° latitude (pole)
  Se não fosse por refração atmosférica, o Sol estaria sempre no horizonte.

Sistemas de coordenadas celestes

Esfera celestial

O equinócio de março ocorre quando o Sol parece cruzar o equador celeste em direção ao norte. No Hemisfério Norte, o termo ponto vernal é usado para a hora desta ocorrência e para a direção precisa no espaço onde o Sol existe naquele momento. Este ponto é a origem de alguns sistemas de coordenadas celestes, que geralmente estão enraizados em uma época astronômica, pois varia gradualmente (precede) ao longo do tempo:

• no sistema de coordenadas eclípticas, o ponto vernal é a origem da longitude eclíptica;
• no sistema de coordenadas equatoriais, o ponto vernal é a origem da ascensão direita.

Diagrama da diferença entre a longitude celestial do Sol sendo zero e sua declinação sendo zero. Sua latitude celestial nunca excede 1,2 segundos de arco, mas é exagerada neste diagrama.

A definição moderna de equinócio é o instante em que a longitude eclíptica geocêntrica aparente do Sol é 0° (equinócio do norte) ou 180° (equinócio do sul). Observe que, nesse momento, sua latitude não será exatamente zero, pois a Terra não está exatamente no plano da eclíptica. Sua declinação também não será exatamente zero, então a definição científica é um pouco diferente da tradicional. A eclíptica média é definida pelo baricentro da Terra e da Lua combinados, para minimizar o fato de que a inclinação orbital da Lua faz com que a Terra vagueie ligeiramente acima e abaixo da eclíptica. Veja o diagrama adjacente.

Devido à precessão do eixo da Terra, a posição do ponto vernal na esfera celeste muda com o tempo, e os sistemas de coordenadas equatorial e eclíptico mudam de acordo. Assim, ao especificar as coordenadas celestes para um objeto, deve-se especificar a que horas o ponto vernal e o equador celeste são considerados. Esse horário de referência pode ser um horário convencional (como J2000) ou um ponto arbitrário no tempo, como no equinócio de data.

A culminação superior do ponto vernal é considerada o início do dia sideral para o observador. O ângulo horário do ponto vernal é, por definição, o tempo sideral do observador.

Usando os atuais limites oficiais das constelações da IAU – e levando em consideração a velocidade de precessão variável e a rotação do equador celeste – os equinócios mudam através das constelações da seguinte forma (expresso em numeração de ano astronômico quando o ano 0 = 1 BC, −1 = 2 BC, etc.):

• O equinócio de março passou de Touro em Áries em ano −1865, passou para Peixes em ano −67, vai passar para Aquário em ano 2597, e depois em Capricórnio em ano 4312. Em 1489 veio dentro de 10 minutos de arco de Cetus sem cruzar o limite.
• O equinócio de setembro passou de Libra para Virgo em ano −729, vai passar para Leo em ano 2439.

Aspectos culturais

Os equinócios às vezes são considerados como o início da primavera e do outono. Uma série de festivais tradicionais da colheita são celebrados na data dos equinócios.

A arquitectura religiosa é muitas vezes determinada pelo equinócio; o Equinócio de Angkor Wat, durante o qual o sol nasce em um alinhamento perfeito sobre Angkor Wat, no Camboja, é um desses exemplos.

As igrejas católicas, desde as recomendações de Carlos Borromeu, escolheram o equinócio como ponto de referência para a orientação das igrejas.

Efeitos em satélites

Um efeito dos períodos equinociais é a interrupção temporária dos satélites de comunicação. Para todos os satélites geoestacionários, há alguns dias ao redor do equinócio quando o Sol fica diretamente atrás do satélite em relação à Terra (ou seja, dentro da largura do feixe da antena da estação terrestre) por um curto período a cada dia. A imensa potência do Sol e o amplo espectro de radiação sobrecarregam os circuitos de recepção da estação terrestre com ruído e, dependendo do tamanho da antena e de outros fatores, interrompem ou degradam temporariamente o circuito. A duração desses efeitos varia, mas pode variar de alguns minutos a uma hora. (Para uma determinada banda de frequência, uma antena maior tem uma largura de feixe mais estreita e, portanto, experimenta janelas de "interrupção do sol" de duração mais curta.)

Satélites em órbita geoestacionária também enfrentam dificuldades para manter a energia durante o equinócio porque precisam viajar pela sombra da Terra e dependem apenas da energia da bateria. Normalmente, um satélite viaja ao norte ou ao sul da sombra da Terra porque o eixo da Terra não é diretamente perpendicular a uma linha da Terra ao Sol em outros momentos. Durante o equinócio, uma vez que os satélites geoestacionários estão situados acima do Equador, eles ficam na sombra da Terra por mais tempo durante todo o ano.

Equinócios em outros planetas

Quando Saturno está em equinox seus anéis refletem pouca luz solar, como visto nesta imagem por Cassini em 2009.

Os equinócios são definidos em qualquer planeta com um eixo rotacional inclinado. Um exemplo dramático é Saturno, onde o equinócio coloca seu sistema de anéis voltado para o Sol. Como resultado, eles são visíveis apenas como uma linha fina quando vistos da Terra. Quando vistos de cima – uma visão vista durante um equinócio pela primeira vez a partir da sonda espacial Cassini em 2009 – eles recebem muito pouca luz do sol; de fato, eles recebem mais brilho planetário do que luz do Sol. Esse fenômeno ocorre uma vez a cada 14,7 anos em média e pode durar algumas semanas antes e depois do equinócio exato. O equinócio mais recente de Saturno foi em 11 de agosto de 2009 e o próximo ocorrerá em 6 de maio de 2025.

Os equinócios mais recentes de Marte foram em 24 de fevereiro de 2022 (outono ao norte) e em 26 de dezembro de 2022 (primavera ao norte).