Por que o céu é azul (e o pôr do sol é laranja)
A cor do céu não vem do reflexo do mar, e sim de um fenômeno chamado espalhamento de Rayleigh. Entenda como ele pinta o dia de azul e o entardecer de laranja e vermelho.
O céu é azul porque o ar que respiramos desvia a luz azul do Sol muito mais do que a luz vermelha. Não tem nada a ver com o reflexo dos oceanos, um mito antigo e ainda muito repetido. A explicação está em um fenômeno chamado espalhamento de Rayleigh, e o mesmo mecanismo que deixa o céu azul ao meio-dia é o que transforma o entardecer em um espetáculo de laranja e vermelho.
A luz do Sol é uma mistura de cores
A luz solar parece branca, mas é a soma de todas as cores do arco-íris. Cada cor corresponde a um comprimento de onda diferente: o violeta e o azul têm ondas curtas, enquanto o laranja e o vermelho têm ondas longas. Quando essa luz atravessa a atmosfera, encontra trilhões de moléculas de gás, principalmente nitrogênio e oxigênio. Essas moléculas são muito menores do que o comprimento de onda da luz visível, e é justamente esse detalhe que decide a cor do céu.
O que é o espalhamento de Rayleigh
Em 1871, o físico britânico Lord Rayleigh publicou a descrição matemática do que acontece quando a luz encontra partículas bem menores do que o seu comprimento de onda (em geral, com raio de cerca de um décimo do comprimento de onda ou menos). Nesse caso, a luz é espalhada em todas as direções, e a intensidade desse espalhamento é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda.
Na prática, isso significa que pequenas diferenças no comprimento de onda viram grandes diferenças no espalhamento. Reduzir o comprimento de onda pela metade multiplica o espalhamento por 16. A tabela abaixo mostra valores aproximados, calculados a partir dessa lei, tomando o vermelho como referência.
| Cor | Comprimento de onda aproximado | Espalhamento em relação ao vermelho |
|---|---|---|
| Vermelho | 700 nm | 1 vez |
| Laranja | 620 nm | cerca de 1,6 vez |
| Amarelo | 580 nm | cerca de 2,1 vezes |
| Verde | 530 nm | cerca de 3 vezes |
| Azul | 450 nm | cerca de 5,9 vezes |
| Violeta | 400 nm | cerca de 9,4 vezes |
Quando olhamos para qualquer ponto do céu longe do Sol, o que chega aos nossos olhos é essa luz desviada pelas moléculas de ar. Como ela é dominada pelos tons de onda curta, o céu inteiro parece azul.
Se o violeta espalha mais, por que o céu não é violeta?
Pela tabela, o violeta deveria vencer. Ele não vence por uma combinação de fatores físicos e biológicos:
- A luz do Sol que chega até nós contém menos violeta do que azul, então há menos violeta disponível para ser espalhado.
- Nossos olhos são bem mais sensíveis ao azul do que ao violeta, e o cérebro interpreta a mistura resultante como azul-claro.
Por que o pôr do sol fica laranja e vermelho
Ao meio-dia, a luz do Sol percorre o caminho mais curto possível pela atmosfera. Pouca coisa é desviada no trajeto, e o disco solar parece branco ou levemente amarelado. No nascer e no pôr do sol, a situação muda: com o Sol perto do horizonte, a luz precisa atravessar uma camada de ar muito mais espessa até chegar a nós.
Ao longo desse caminho extra, quase todo o azul é espalhado para os lados antes de alcançar o observador. O que sobra no feixe direto são as cores de onda longa, como laranja e vermelho. Poeira, fumaça, sal marinho e poluição podem intensificar ou alterar esses tons, por isso alguns entardeceres são muito mais vibrantes do que outros.
Outros detalhes do céu que a mesma física explica
- Perto do horizonte o céu é mais pálido: a luz atravessa mais ar, é espalhada várias vezes e as cores se misturam, aproximando-se do branco.
- As nuvens são brancas porque suas gotas de água são grandes demais para o espalhamento de Rayleigh e desviam todas as cores de forma parecida.
- Em Marte, cuja atmosfera tem menos de 1% da espessura da terrestre, o céu diurno tende ao amarelado por causa da poeira suspensa, e o entorno do Sol fica azulado no entardecer.
Resumindo: o céu é azul porque as moléculas de ar espalham a luz de onda curta com muito mais força, e o pôr do sol é laranja porque, no fim da tarde, esse azul já foi desviado antes de chegar até nós. Da próxima vez que observar o céu mudar de cor ao longo do dia, lembre que você está vendo a mesma lei física em ação, apenas com a luz atravessando quantidades diferentes de atmosfera.
