Se você já se perguntou de onde vem sua cor azul, a física o ajudará.
“Isso é um equívoco, Lennie. O céu está em toda parte, começa aos seus pés.” -Jandy Nelson
Uma das primeiras perguntas que uma criança curiosa costuma fazer sobre o mundo natural é “por que o céu é azul?” No entanto, apesar de quão difundida esta questão é, existem muitos equívocos e respostas incorretas cogitados – porque ela reflete o oceano; porque o oxigênio é um gás de cor azul; porque a luz do sol tem uma tonalidade azul – enquanto a resposta certa costuma ser completamente esquecida. Na verdade, a razão de o céu ser azul é por causa de três fatores simples juntos: que a luz do sol é feita de luz de muitos comprimentos de onda diferentes, que a atmosfera da Terra é feita de moléculas que espalham luz de diferentes comprimentos de onda em diferentes quantidades, e o sensibilidade de nossos olhos. Junte essas três coisas e um céu azul será inevitável. É assim que tudo se junta.
A luz solar é composta por todas as diferentes cores de luz … e mais algumas! A fotosfera de nosso Sol é tão quente, a quase 6.000 K, que emite um amplo espectro de luz, do ultravioleta nas energias mais altas e ao visível, do violeta ao vermelho e, em seguida, profundamente na porção infravermelha do o espectro. A luz de maior energia também é a luz de menor comprimento de onda (e alta frequência), enquanto a luz de menor energia tem comprimentos de onda mais longos (e baixas frequências) do que as contrapartes de alta energia. Quando você vê um prisma dividir a luz do sol em seus componentes individuais, a razão pela qual a luz se divide é o fato de que a luz mais vermelha tem um comprimento de onda maior do que a luz mais azul.
O fato de a luz de diferentes comprimentos de onda responder de maneira diferente às interações com a matéria é extremamente importante e útil em nossa vida diária. Os grandes orifícios em seu microondas permitem a entrada e a saída de luz visível de comprimento de onda curto, mas mantêm a luz de microondas de comprimento de onda mais longo, refletindo-a. As camadas finas de seus óculos de sol refletem a luz ultravioleta, violeta e azul, mas permitem que os verdes, amarelos, laranjas e vermelhos de comprimento de onda mais longo passem. E as partículas minúsculas e invisíveis que compõem nossa atmosfera – moléculas como nitrogênio, oxigênio, água, dióxido de carbono, bem como átomos de argônio – espalham luz de todos os comprimentos de onda, mas espalham a luz de comprimento de onda mais curto com muito mais eficiência.
Como essas moléculas são todas muito menores do que o comprimento de onda da própria luz, quanto menor o comprimento de onda da luz, melhor ela se espalha. Na verdade, quantitativamente, ela obedece a uma lei conhecida como espalhamento de Rayleigh, que nos ensina que a luz violeta no limite de comprimento de onda curto da visão humana se espalha mais de nove vezes mais do que a luz vermelha no limite de comprimento de onda longo. (A intensidade de espalhamento é inversamente proporcional ao comprimento de onda à quarta potência: I ? ?-4.) Enquanto a luz do sol incide em todo o lado diurno da atmosfera da Terra, os comprimentos de onda mais vermelhos da luz têm apenas 11% de probabilidade de se espalhar e, portanto, faça-o chegar aos seus olhos, como a luz violeta.
Quando o Sol está alto no céu, é por isso que todo o céu é azul. Parece um azul mais brilhante quanto mais longe do Sol você olha, porque há mais atmosfera para ver (e, portanto, mais luz azul) nessas direções. Em qualquer direção para a qual você olhe, você pode ver a luz espalhada proveniente da luz do sol atingindo toda a atmosfera entre seus olhos e onde o espaço sideral começa. Isso tem algumas consequências interessantes para a cor do céu, dependendo de onde o Sol está e para onde você está olhando.
Se o Sol está abaixo do horizonte, toda a luz tem que viajar por grandes quantidades da atmosfera. A luz mais azul é espalhada em todas as direções, enquanto a luz mais vermelha tem muito menos probabilidade de se espalhar, o que significa que chega aos seus olhos. Se você estiver em um avião após o pôr do sol ou antes do nascer do sol, poderá ter uma vista espetacular desse efeito.
É uma visão ainda melhor do espaço, pelas descrições e também pelas imagens que os astronautas devolveram.
Durante o nascer do sol / pôr do sol ou nascer / pôr da lua, a luz que vem do próprio Sol (ou Lua) tem que passar por enormes quantidades de atmosfera; quanto mais perto do horizonte, mais atmosfera a luz deve passar. Enquanto a luz azul se espalha em todas as direções, a luz vermelha se espalha com muito menos eficiência. Isso significa que tanto a luz do disco do Sol (ou da Lua) fica com uma cor avermelhada, mas também a luz das proximidades do Sol e da Lua – a luz que atinge a atmosfera e se espalha apenas uma vez antes de atingir nossos olhos – é preferencialmente avermelhado naquele momento.
E durante um eclipse solar total, quando a sombra da Lua cai sobre você e evita que a luz solar direta atinja grandes partes da atmosfera perto de você, o horizonte fica vermelho, mas em nenhum outro lugar. A luz que atinge a atmosfera fora do caminho da totalidade se espalha em todas as direções, razão pela qual o céu ainda é visivelmente azul na maioria dos lugares. Mas perto do horizonte, a luz que se espalha em todas as direções é muito provável que se espalhe novamente antes de atingir seus olhos. A luz vermelha é o comprimento de onda de luz mais provável para passar, eventualmente ultrapassando a luz azul espalhada com mais eficiência.
Então, com tudo o que foi dito, você provavelmente tem mais uma pergunta: se a luz de comprimento de onda mais curto é espalhada de forma mais eficiente, por que o céu não parece violeta? Na verdade, há uma quantidade maior de luz violeta vindo da atmosfera do que a luz azul, mas também há uma mistura de outras cores. Como seus olhos têm três tipos de cones (para detectar cores), junto com os bastonetes monocromáticos, são os sinais de todos os quatro que precisam ser interpretados por seu cérebro quando se trata de atribuir uma cor.
Cada tipo de cone, mais os bastonetes, são sensíveis à luz de diferentes comprimentos de onda, mas todos são estimulados em algum grau pelo céu. Nossos olhos respondem mais fortemente aos comprimentos de onda da luz azul, ciano e verde do que ao violeta. Mesmo que haja mais luz violeta, não é suficiente para superar o forte sinal azul que nosso cérebro fornece.
É essa combinação de três coisas:
– o fato de que a luz solar é composta de luz de muitos comprimentos de onda diferentes,
– que as partículas atmosféricas são muito pequenas e espalham a luz de comprimento de onda mais curto com muito mais eficiência do que a luz de comprimento de onda mais longo,
– e que nossos olhos têm as respostas que dão a várias cores, isso faz o céu parecer azul para os humanos.
Se pudéssemos ver o ultravioleta com muita eficiência, o céu provavelmente pareceria mais violeta e ultravioleta; se tivéssemos apenas dois tipos de cones (como cães), poderíamos ver o céu azul durante o dia, mas não os vermelhos, laranjas e amarelos do pôr do sol. Mas não se engane: quando você olha para a Terra do espaço, ela também é azul, mas a atmosfera não tem nada a ver com isso!
Publicado em 21/08/2020 20h09
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