Olhe para cima em um dia claro e ensolarado e você verá um céu azul. Mas será esta a verdadeira cor do céu? Ou é a única cor do céu?
As respostas são um pouco complicadas, mas envolvem a natureza da luz, átomos e moléculas e algumas partes peculiares da atmosfera da Terra. E grandes lasers também – para a ciência!
Céus azuis?
Então, as primeiras coisas primeiro: quando vemos um céu azul em um dia ensolarado, o que estamos vendo? Estamos vendo nitrogênio azul ou oxigênio azul? A resposta simples é não. Em vez disso, a luz azul que vemos é a luz solar dispersa.
O Sol produz um amplo espectro de luz visível, que vemos como branco, mas inclui todas as cores do arco-íris. Quando a luz solar atravessa o ar, átomos e moléculas na atmosfera espalham a luz azul em todas as direções, muito mais do que a luz vermelha. Isso é chamado de espalhamento de Rayleigh e resulta em um Sol branco e céu azul em dias claros.
Ao pôr do sol, podemos ver esse efeito discado, porque a luz do sol precisa passar por mais ar para chegar até nós. Quando o Sol está perto do horizonte, quase toda a luz azul é espalhada (ou absorvida pela poeira), então acabamos com um Sol vermelho com cores mais azuis ao seu redor.
Mas se tudo o que vemos é a luz solar dispersa, qual é a verdadeira cor do céu? Talvez possamos obter uma resposta à noite.
A cor dos céus escuros
Se você olhar para o céu noturno, obviamente está escuro, mas não totalmente preto. Sim, existem as estrelas, mas o próprio céu noturno brilha. Isso não é poluição luminosa, mas a atmosfera brilhando naturalmente.
Em uma noite escura e sem lua no campo, longe das luzes da cidade, você pode ver as silhuetas das árvores e colinas contra o céu.
Esse brilho, chamado airglow, é produzido por átomos e moléculas na atmosfera. Na luz visível, o oxigênio produz luz verde e vermelha, as moléculas de hidroxila (OH) produzem luz vermelha e o sódio produz um amarelo doentio. O nitrogênio, embora muito mais abundante no ar do que o sódio, não contribui muito para o brilho do ar.
As cores distintas do airglow são o resultado de átomos e moléculas liberando quantidades específicas de energia (quanta) na forma de luz. Por exemplo, em grandes altitudes, a luz ultravioleta pode dividir as moléculas de oxigênio (O2) em pares de átomos de oxigênio e, quando esses átomos se recombinam posteriormente em moléculas de oxigênio, produzem uma luz verde distinta.
Luz amarela, estrelas cadentes e imagens nítidas
Os átomos de sódio constituem uma fração minúscula da nossa atmosfera, mas constituem uma grande parte do brilho do ar e têm uma origem muito incomum – estrelas cadentes.
Você pode ver estrelas cadentes em qualquer noite clara e escura, se estiver disposto a esperar. Eles são minúsculos meteoros, produzidos por grãos de poeira que se aquecem e se vaporizam na atmosfera superior enquanto viajam a mais de 11 quilômetros (7 milhas) por segundo.
À medida que as estrelas cadentes brilham no céu, a cerca de 100 quilômetros de altitude, elas deixam para trás um rastro de átomos e moléculas. Às vezes você pode ver estrelas cadentes com cores distintas, resultantes dos átomos e moléculas que elas contêm. Estrelas cadentes muito brilhantes podem até deixar rastros de fumaça visíveis. E entre esses átomos e moléculas está um punhado de sódio.
Essa alta camada de átomos de sódio é realmente útil para os astrônomos. Nossa atmosfera está perpetuamente em movimento, é turbulenta e borra imagens de planetas, estrelas e galáxias. Pense no brilho que você vê quando olha para uma longa estrada em uma tarde de verão.
Para compensar a turbulência, os astrônomos tiram fotos rápidas de estrelas brilhantes e medem como as imagens das estrelas são distorcidas. Um espelho deformável especial pode ser ajustado para remover a distorção, produzindo imagens que podem ser mais nítidas do que as dos telescópios espaciais. (Embora os telescópios espaciais ainda tenham a vantagem de não espiar através do brilho do ar.)
Essa técnica – chamada de “óptica adaptativa” – é poderosa, mas há um grande problema. Não há estrelas naturais brilhantes suficientes para que a óptica adaptativa funcione em todo o céu. Assim, os astrônomos criam suas próprias estrelas artificiais no céu noturno, chamadas de “estrelas guia a laser”.
Esses átomos de sódio estão muito acima da atmosfera turbulenta, e podemos fazê-los brilhar intensamente disparando um laser de potência sintonizado com o distinto amarelo do sódio. A estrela artificial resultante pode então ser usada para óptica adaptativa. A estrela cadente que você vê à noite nos ajuda a ver o Universo com uma visão mais nítida.
Então o céu não é azul, pelo menos não sempre. Também é um céu noturno que brilha no escuro, colorido com uma mistura de verde, amarelo e vermelho. Suas cores resultam da dispersão da luz solar, oxigênio e sódio das estrelas cadentes. E com um pouco de física e alguns grandes lasers, podemos fazer estrelas amarelas artificiais para obter imagens nítidas do nosso cosmos.
Publicado em 07/01/2023 09h50
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