A combinação de um céu azul, céu escuro, mais claro perto do horizonte, juntamente com um sol avermelhado ao nascer ou ao pôr-do-sol, tudo pode ser explicado cientificamente. Aqui está como.
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Uma das primeiras perguntas que uma criança curiosa frequentemente faz sobre o mundo natural é “porque é que o céu é azul?” No entanto, apesar do quão difundida esta pergunta é, existem muitos conceitos errados e respostas incorrectas – porque reflecte o oceano; porque o oxigénio é um gás de cor azul; porque a luz solar tem uma tonalidade azul – enquanto a resposta correcta é muitas vezes completamente ignorada. Na verdade, a razão pela qual o céu é azul é devido a três fatores simples juntos: que a luz solar é feita de luz de muitos comprimentos de onda diferentes, que a atmosfera da Terra é feita de moléculas que dispersam diferentes comprimentos de onda em diferentes quantidades, e a sensibilidade dos nossos olhos. Junte estas três coisas, e um céu azul é inevitável. Eis como tudo se junta.
Luz de muitos comprimentos de onda diferentes, nem todos visíveis, são emitidos pelo Sol. A… atmosfera afecta cada comprimento de onda diferente, resultando no conjunto completo de fenómenos ópticos que podemos observar.
Espaço Negativo / Pexels
A luz do Sol é composta por todas as diferentes cores de luz… e depois algumas! A fotosfera do nosso Sol é tão quente, a quase 6.000 K, que emite um amplo espectro de luz, desde o ultravioleta nas energias mais altas até ao visível, desde o violeta até ao vermelho, e depois profundamente até à porção infravermelha do espectro. A luz de maior energia é também a luz de comprimento de onda mais curto (e de alta frequência), enquanto a luz de menor energia tem comprimentos de onda mais longos (e de baixa frequência) do que as contrapartidas de alta energia. Quando você vê um prisma dividir a luz solar em seus componentes individuais, a razão pela qual a luz se divide é porque a luz mais vermelha tem um comprimento de onda maior do que a luz mais azul.
Animação esquemática de um feixe contínuo de luz sendo dispersa por um prisma. Se você tivesse olhos ultravioleta… e infravermelhos, você seria capaz de ver que a luz ultravioleta se dobra ainda mais do que a luz violeta/azul, enquanto a luz infravermelha permaneceria menos dobrada do que a luz vermelha.
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O fato de que a luz de diferentes comprimentos de onda responde de forma diferente às interações com a matéria se mostra extremamente importante e útil em nossas vidas diárias. Os grandes buracos no seu microondas permitem a entrada e saída de luz visível de comprimento de onda curto, mas mantém a luz de microondas de comprimento de onda mais longo, reflectindo-a. Os revestimentos finos dos seus óculos de sol reflectem a luz ultravioleta, violeta e azul, mas permitem a passagem dos verdes de maior comprimento de onda, amarelos, laranjas e vermelhos. E as pequenas partículas invisíveis que compõem a nossa atmosfera – moléculas como nitrogênio, oxigênio, água, dióxido de carbono, bem como átomos de argônio – todas espalham luz de todos os comprimentos de onda, mas espalham a luz de menor comprimento de onda muito mais eficientemente.
Quando o Sol está alto, o céu em direção ao zênite é um azul muito mais escuro, enquanto que o céu… em direção ao horizonte é uma cor cian mais clara e brilhante. Isto é devido à maior quantidade de atmosfera, e à maior quantidade de luz espalhada, que é visível em ângulos baixos no céu.
Karsten Kettermann /
Porque estas moléculas são todas muito menores do que o próprio comprimento de onda da luz, quanto mais curto for o comprimento de onda da luz, melhor ela se espalha. Na verdade, quantitativamente, ela obedece a uma lei conhecida como dispersão de Rayleigh, que nos ensina que a luz violeta no limite do comprimento de onda curto da visão humana se dispersa com mais de nove vezes mais freqüência do que a luz vermelha no limite do comprimento de onda longo. (A intensidade de dispersão é inversamente proporcional ao comprimento de onda até a quarta potência: I ∝ λ-4). Enquanto a luz solar cai em toda parte no lado do dia da atmosfera terrestre, os comprimentos de onda mais vermelhos da luz são apenas 11% mais prováveis de se dispersar, e portanto chegar aos seus olhos, como a luz violeta é.
alguns materiais opalescentes, como o mostrado aqui, têm propriedades de dispersão de Rayleigh semelhantes a… a atmosfera. Com a luz branca iluminando esta pedra da parte superior direita, a própria pedra espalha a luz azul, mas permite que a luz laranja/vermelha passe preferencialmente através do não-medido.
optick / flickr
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 olhar, porque há mais atmosfera para ver (e portanto mais luz azul) naquelas direções. Em qualquer direção que você olha, você pode ver a luz espalhada vinda da luz do sol atingindo toda a atmosfera entre seus olhos e onde o espaço exterior começa. Isto tem algumas consequências interessantes para a cor do céu, dependendo de onde o Sol está e para onde você está olhando.
De altitudes muito altas no céu pré-solar ou pós-solar, um espectro de cores pode ser visto,…. causado pela dispersão da luz solar, várias vezes, pela atmosfera.
Domínio público
Se o Sol está abaixo do horizonte, a luz tem que viajar por grandes quantidades de atmosfera. A luz mais azul se dispersa, em todas as direções, enquanto a luz mais avermelhada tem muito menos probabilidade de se dispersar, o que significa que chega aos seus olhos. Se alguma vez se levantar num avião depois do pôr-do-sol ou antes do nascer do sol, poderá obter uma vista espectacular deste efeito.
Atmosfera da Terra, tal como vista durante o pôr-do-sol em Maio de 2010 a partir da Estação Espacial Internacional.
NASA / ISS
É uma vista ainda melhor do espaço, das descrições e também das imagens que os astronautas devolveram.
Com uma grande quantidade de atmosfera a passar, a luz do Sol (ou da Lua) avermelha tremendamente… quando está perto do horizonte. Mais longe do Sol, o céu torna-se gradualmente mais azul.
Max Pixel / FreeGreatPicture.com
Durante o nascer/pôr-do-sol ou o nascer/lua/o pôr-do-sol, a luz que vem do Sol (ou da Lua) em si tem de passar por quantidades tremendas de atmosfera; quanto mais perto do horizonte estiver, mais atmosfera a luz tem de passar. Enquanto a luz azul se dispersa em todas as direções, a luz vermelha se dispersa com muito menos eficiência. Isto significa que tanto a luz do disco do Sol (ou da Lua) em si, torna-se avermelhada, como a luz das proximidades do Sol e da Lua – a luz que atinge a atmosfera e se espalha apenas uma vez antes de chegar aos nossos olhos – é preferencialmente avermelhada nessa altura.
O eclipse total, como visto em Madras, Oregon nesta imagem, resultou não só num espectáculo…. vista do Sol, mas do horizonte que envolve todos no caminho da totalidade.
Rob Kerr/AFP/Getty Images
E durante um eclipse solar total, quando a sombra da Lua cai sobre você e impede que a luz solar direta atinja grandes seções da atmosfera perto de você, o horizonte fica vermelho, mas nenhum outro lugar. A luz que atinge a atmosfera fora do caminho da totalidade se espalha em todas as direções, e é por isso que o céu ainda é visivelmente azul na maioria dos lugares. Mas perto do horizonte, essa luz que se espalha em todas as direcções é muito provável que se espalhe novamente antes de chegar aos teus olhos. A luz vermelha é o mais provável comprimento de onda de luz a passar, eventualmente ultrapassando a luz azul mais eficientemente dispersa.
A dispersão da luz azul afecta mais severamente a luz azul do que a vermelha, mas dos comprimentos de onda visíveis,… a luz violeta é a que está mais dispersa. É apenas devido à sensibilidade dos nossos olhos que o céu aparece azul e não violeta.
Voo de dragões / KES47 do Wikimedia Commons
Então com tudo isso dito, você provavelmente tem mais uma pergunta: se a luz de menor comprimento de onda está espalhada de forma mais eficiente, porque é que o céu não aparece violeta? Na verdade, há uma quantidade maior de luz violeta vinda da atmosfera do que a luz azul, mas também há uma mistura das outras cores. Porque os seus olhos têm três tipos de cones (para detectar a cor) neles, juntamente com as hastes monocromáticas, são os sinais dos quatro que precisam ser interpretados pelo seu cérebro quando se trata de atribuir uma cor.
A resposta da luz do olho humano, normalizada, em termos dos três tipos de cones e (tracejado…. linha) as hastes monocromáticas.
George Wald / Hektoen International Journal
Cada tipo de cone, mais as hastes, são sensíveis à luz de diferentes comprimentos de onda, mas todos eles são estimulados até certo ponto pelo céu. Nossos olhos respondem mais fortemente aos comprimentos de onda azul, ciano e verde da luz do que à violeta. Mesmo havendo mais luz violeta, não é suficiente para superar o forte sinal azul que nosso cérebro emite.
A atração gravitacional sobre os gases em nossa atmosfera causa uma pressão superficial substancial, dando… ascensão a oceanos líquidos. Crédito da imagem: .
Imagem do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA por Reto Stöckli, Terra Satellite / MODIS instrumento
É aquela combinação de três coisas juntas:
- o fato de que a luz solar é feita de luz de muitos comprimentos de onda diferentes,
- que as partículas atmosféricas são muito pequenas e espalham a luz de menor comprimento de onda muito mais eficientemente do que a luz de maior comprimento de onda,
- e que nossos olhos têm as respostas que eles fazem a várias cores,
que faz o céu parecer azul para os humanos. Se pudéssemos ver no ultravioleta muito eficientemente, o céu provavelmente apareceria mais violeta e ultravioleta; se tivéssemos apenas dois tipos de cones (como os cães), poderíamos ver o céu azul durante o dia, mas não os vermelhos, laranjas e amarelos do pôr-do-sol. Mas não se deixe enganar: quando se olha para a Terra do espaço, também é azul, mas a atmosfera não tem nada a ver com isso!