Dia do relógio de Sol (21/06/2019)

No dia do solstício de verão também se começou a celebrar por iniciativa portuguesa, desde 1990, o dia do relógio de Sol.

O antigo relógio de sol no jardim do OAL.

Para assinalar esta data, aqui deixamos umas notas sobre o relógio de Sol.

O que é um relógio de Sol?

Um relógio de Sol é um instrumento que determina a hora do dia através da sombra de um objeto (gnómon) feita pelo Sol. O relógio de Sol mostra o tempo solar verdadeiro, também chamado hora solar aparente. Num sentido mais amplo, um relógio de Sol é qualquer dispositivo que use a altura ou o azimute do Sol (ou ambos) para mostrar a hora. Além da sua função de contagem de tempo, os relógios de Sol têm também interesse como objetos decorativos e de estudo matemático.

O relógio de Sol comum tem um mostrador e um gnómon. O mostrador pode ser plano com as linhas horárias marcadas e o gnómon é um objeto que produz a sombra que vai funcionar como um ponteiro. A posição do gnómon deve ser paralela ao eixo de rotação da Terra, apontando no hemisfério norte para o pólo norte celeste, para que o relógio de Sol seja preciso ao longo do ano. À medida que o Sol se move no céu, a sombra do gnómon no mostrador indica a hora do dia que corresponde à hora solar aparente. O mostrador deve estar perfeitamente alinhado com o meridiano, ou seja, a linha horária das 12 horas no mostrador deve coincidir com a linha Sul-Norte. No instante em que o Sol cruza o meridiano celeste local, isto é, a linha norte-zénite-sul, a sombra do gnómon recai, obviamente, na direção norte-sul e o relógio de Sol indica o instante do meio-dia solar verdadeiro que corresponde às 12 horas do relógio de Sol. A qualidade da medição depende do rigor da orientação Norte-Sul do relógio e da inclinação do gnómon, que depende da latitude do lugar de observação.

Relógio Equatorial do OAL/FCUL

O segundo aspeto crítico na construção de um relógio de Sol é a marcação das linhas horárias no mostrador. Este processo varia conforme o tipo de relógio de Sol. Existem vários tipos de relógios de Sol, com o mostrador horizontal, vertical, equatorial, declinante, inclinante, polar e ainda o analemático. Em Portugal é muito comum ver-se o relógio horizontal e vertical. Por exemplo, no jardim do OAL está um relógio horizontal, infelizmente o gnómon foi roubado. Uma vez que os mostradores dos relógios horizontal e vertical estão inclinados relativamente ao plano do equador, o movimento da sombra não é uniforme, sendo mais lento em torno do meio-dia. Assim, as marcações não estão igualmente espaçadas. No caso do relógio equatorial, o plano do mostrador faz com a horizontal um ângulo igual à colatitude (90º – latitude) do lugar. Só neste caso é que as marcações horárias estão igualmente espaçadas, com um intervalo de 15º entre as linhas.

Encontrará explicações passo a passo de como construir um relógio de Sol no sítio da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa em https://ciencias.ulisboa.pt/sites/default/files/fcul/Os%20relogios%20de%20Sol%20e%20a%20Matematica.pdf

Como ler as horas num relógio de Sol e convertê-las na hora Legal?

A hora indicada no relógio de Sol é a hora solar verdadeira local. Pelo contrário, a hora legal, usada no dia-a-dia e dada pelos relógios normais, é baseada no tempo solar médio. Um dia solar aparente é o intervalo entre duas passagens consecutivas do Sol pelo meridiano local. Devido à inclinação do eixo da Terra, e ao facto de a sua órbita ser elíptica, a altura máxima do Sol varia ao longo do ano, e o mesmo acontece à duração do dia solar aparente. Assim, o movimento aparente do Sol não é suficientemente regular para poder servir de referência à medição do tempo e a nossa vida quotidiana rege-se não pela escala de tempo solar verdadeiro, mas sim pela escala de tempo solar médio. Esta escala foi criada pelos astrónomos de maneira a compensar estas variações.

Para passar de uma escala de tempo à outra é preciso fazer uma conversão que depende de 3 factores:

1. Equação do tempo: a equação do tempo representa a diferença entre a posição real do Sol no firmamento e a posição que ele ocuparia nesse momento se o eixo da Terra fosse perpendicular à eclíptica e a órbita terrestre circular.
2. Longitude do lugar: a hora solar medida varia com a longitude de forma contínua, no entanto a hora legal é constante dentro de um fuso horário, variando de forma discreta entre fusos. Por isso é necessário aplicar uma diferença de 4 minutos (60/15) por cada grau de longitude em que o lugar de medição difira do meridiano de referência do seu fuso.
3. Hora de Verão: durante o período de mudança de hora, é preciso fazer uma correção adicional à hora medida.

Estes três factores estão implementados na seguinte equação que permite assim fazer a conversão entre a Hora Solar Local lida no relógio de Sol e a Hora Legal (HL):

• No período da hora de Inverno: HL = Hora Solar Local + DET – DT
• No período da hora de Verão: HL = Hora Solar Local + DET – DT + 1hora

Nesta equação, DET é a correção ao fuso horário de referência mais a Equação do Tempo. É dada pela diferença DET = Tempo Universal ao Meio-dia solar verdadeiro – 12horas. O Tempo Universal ao Meio-dia solar verdadeiro é fornecido na tabela  “TEMPO UNIVERSAL AO MEIO-DIA SOLAR VERDADEIRO (LISBOA) ” .

Quanto a DT, é uma correção extra a aplicar devida ao facto dos valores dados na tabela serem válidos apenas para Lisboa. Assim, em Lisboa DT=0, enquanto que para qualquer outra localidade, DT = – λ+ 36min 45s, em que λ é a longitude da localidade convertida em horas.

Exemplo, a correção DT para o Porto e Coimbra: DT(Porto)= 2min; DT(Coimbra)= 3min.

Note-se que também existem relógios de Sol mais sofisticados, construídos de forma a indicar diretamente a Hora Legal.

Nunca é demais recordar que nunca deverá olhar diretamente para o Sol, a sua visão corre perigo! Para ver as horas num relógio de Sol, só as sombras interessam.