Se podemos dizer que o início da medição do espaço está ligado à Geometria no Egito Antigo, a medição do tempo está ligada a outro ramo da Física ainda mais antigo: a Astronomia. A origem da palavra Astronomia também é grega (astro = astro, nomos = lei) e significa lei dos astros. Ao contrário da massa e do espaço, que possuem como unidade de medida padrão e kilograma e o metro, respectivamente, não é possível escolher uma amostra de tempo e tomá-la nas mãos. Por isso, a observação e a descrição do movimento dos astros (Sol, Lua, estrelas e os planetas) foram o ponto de partida para a medição do tempo.
O movimento dos astros é um fenômeno perídico, ou seja, sempre se repete, o que acabou determinando algumas de nossas unidades de tempo. Um desses movimentos é o da Lua ao redor da Terra e as diferentes formas que assume: ela varia de um círculo iluminado por completo, passando por meio círculo até um minúsculo filete levemente iluminado, variações conhecidas como as fases da Lua: cheia, minguante, nova e crescente. O tempo compreendido entre as quatro fases da Lua é de 29,53 dias e o chamamos de mês.
Na imagem acima, o tempo entre duas Luas cheias, por exemplo, é entre 29 e 30 dias, período de tempo que chamamos de mês. Repare que na Lua crescente a parte iluminada forma um C e na Lua minguante a parte iluminada forma um D.
Porém, o astro mais importante para nós é sem dúvida o Sol e ao seu movimento ao redor da Terra estão associadas duas outras unidades de tempo: o dia e o ano. Apesar de hoje sabermos que é a Terra que se move ao redor do Sol, podemos considerarar que, para nós sobre a Terra, é o Sol que se move. Assim, além de considerarmos que o dia é período de tempo que a Terra leva para realizar uma rotação completa ao redor de seu eixo e que o ano é período de tempo que a Terra leva para realizar sua translação ao redor do Sol, podemos também considerar que o dia e o ano como unidades de tempo associadas ao movimento do Sol.
Uma maneira de entendermos os movimentos do Sol ao redor da Terra é através da esfera celeste: podemos considerar que a Terra está no centro de uma esfera ao redor da qual o Sol se movimenta com as as estrelas ao fundo. Essa representação dos movimentos do Sol ao redor da Terra é uma simplificação que leva em consideração, por exemplo, que a distância entre todas as estrelas e a Terra é a mesma, o que não acontece; como dissemos, essa representação também leva em consideração que é o Sol que se movimenta ao redor da Terra, e não a Terra que se movimenta ao redor do Sol, como sabemos que acontece hoje.
Assim, na esfera celeste, temos a Terra no centro de uma esfera com as estrelas e o Sol sobre lea. Porque a posição relativa das estrelas não muda ao longo dos dias, dizemos que as estrelas estão fixas sobre a esfera celeste, com o Sol se movimentando sobre as estrelas fixas, como mostram as imagens abaixo.
À direita acima, a mesma esfera celeste agora preenchida com estrelas. Sobre a esfera celeste estão as estrelas fixas agrupadas em constelações. Ao todo, hoje são conhecidas 88 constelações, sendo que ao longo de um ano o Sol se encontra sobre 13 dessas constelações, conhecidas como constelações do zodíaco, como mostra a imagem abaixo.
A imagem acima mostra as 13 constelações da esfera celeste sobre as quais o Sol passa ao longo de uma ano: capricórnio, aquário, peixe, áries, touro, gêmeos, câncer, leão, virgem, libra, escorpião, ofiúco e sagitário. Se logo depois de se pôr, a posição do Sol for marcada sobre a esfera celeste entre os meses de Abril e Maio, veremos um desenho como o de baixo, quando o Sol passa pelas constelações de Áries e Touro.
Como dissemos, o Sol é sem dúvida o astro mais importante para a Terra porque nos deu duas das unidades mais importantes de tempo, o ano e o dia, mas também porque sua posição ao longo da eclíptica sobre a esfera celeste determina o clima na Terra. Não é à toa que o o dia claro é mais quente que a noite e que um ano é o período de tempo que compreende épocas de calor, frio e temperaturas intermediárias, secas e enchentes dos rios, em que se notava que as estrelas vistas no Inverno eram diferentes das do Verão, tudo relacionado às estações do ano.
Uma maneira muito simples de se medir o tempo e se estabelecer as estações do ano é usando o gnômon, palavra de origem grega que significa relógio solar; vejam as figuras abaixo.
Uma maneira muito simples de se medir o tempo e se estabelecer as estações do ano é usando o gnômon, palavra de origem grega que significa relógio solar; vejam as figuras abaixo.
Os relógios de Sol podem apresentar os mais diversos formatos e tamanhos, mas funcionam todos de uma única maneira: medem o tempo segundo a sombra que fazem sobre onde estão indicadas as horas. A imagem abaixo mostra isso com detalhes.
Como mostra a imagem acima, o relógio de Sol mais simples é uma haste apoiado no chão e, na medida em que o Sol se movimenta, a sombra dessa haste muda de tamanho e posição. Na imagem acima, logo depois do Sol nascer - ponto G -, a sombra do relógio de Sol é a maior possível e encontra-se no ponto A; ao meio-dia, o Sol está mais alto sobre a Terra e a sombra é a menor possível - ponto D -; finalmente, o Sol se põe - ponto A - e a sombra volta a ser a maior possível - ponto G.
Porém, a sombra do relógio de Sol não muda apenas ao longo de um dia, muda ao longo de um ano; veja a imagem abaixo.
É interessante observar, como mostra a imagem acima, que ao longo do ano o Sol não nasce ou se põe no mesmo lugar. Ele nasce exatamente a leste e se põe exatamente a oeste somente nos equinócios da primavera (aproximadamente em 21 de Março no Hemisfério Sul) e do outono (aproximadamente em 21 de Setembro no Hemisfério Sul), quando a duração do dia claro é igual a da noite.
Pores do Sol sobre o rio Guaíba, em Porto Alegre, em diferentes épocas do ano. As fotos foram retiradas da excelente página de Astronomia http://astro.if.ufrgs.br.
No Solstício de Verão, o caminho do Sol no céu é o maior do ano e, consequentemente, o dia claro é o maior do ano; ao contrário, no Solstício de Inverno, o dia claro é o menor do ano. Isso também pode ser percebido da penúltima imagem: porque o Sol no Solstício de Verão está mais alto no céu, passa um tempo maior sobre a Terra, o que acontece no hemisfério sul próximos ao dia 21 de Dezembro, enquanto no Solstício de Inverno o Sol está mais baixo e passa menos tempo iluminando e aquecendo a Terra, o que acontece, o que acontece no hemisfério sul próximo ao dia 21 de Junho. Se as sombras do relógio de Sol forem vistas de cima, encontraremos um padrão segundo a imagem abaixo nos Solstícios e nos Equinócios.
Como falamos, a posição do Sol ao longo da eclíptica sobre a esfera celeste determina o clima na Terra e não é à toa que as datas dos solstícios e dos equinócios coincidam com os inícios das estações do ano. A imagem abaixo do relógio de Sol mostra a variação de sua sombra ao meio-dia ao longo de um ano.
no outono, as sobras se encontram entre os pontos B e Co verão se inicia no solstício de Verão e
as estações
o relogio de sol da usp
