Por que o céu é azul é uma das perguntas mais frequentes. A resposta curta a esta pergunta é: por causa da atmosfera da Terra e da luz solar. Se a Terra não tivesse atmosfera, o céu seria tão negro durante o dia quanto à noite.
O céu é azul para hoje e preto para as noites. O que distingue o dia da noite é a luz do sol que está ausente à noite, porque estamos então na parte da Terra que fica de costas para o sol. Isso já nos dá a primeira dica do que estamos falando – a luz do sol afeta a cor do céu.
Luz do sol e cores
O sol é branco, assim como os raios do sol, que devem viajar de nós para o sol até (aproximadamente) 150 milhões de quilômetros. Dizer que o Sol é branco pode ser um pouco enganador porque o branco não é realmente uma cor, o que significa que não é apenas uma cor. Consiste em muitas cores (mais profissionalmente pode-se dizer assim: o branco é uma cor policromática, consistindo em uma gama contínua de cores). Aqui está o que realmente significa.
Os raios brancos de luz podem ser separados em um belo espectro de cores coloridas usando um dispositivo semelhante a um prisma. Este é um fenômeno de longo prazo em que a luz do sol esbranquiçada se divide em um espectro colorido de cores através das gotas de chuva.
Também podemos ver a luz como uma onda e, para entender por que o céu é azul, devemos fazê-lo. Então, de um modo geral, a luz é uma onda (mais formalmente: radiação eletromagnética) de um determinado comprimento (ou frequência).
Ondas de luz visível (é o que nossos olhos podem detectar e transformar nosso cérebro em uma imagem) têm comprimentos de onda de aproximadamente 400 a 700 nanômetros e, nesse contexto, a cor é apenas alguns comprimentos de onda. Por exemplo, a luz vermelha tem um comprimento de onda de aproximadamente 625 a 740 nanômetros, a luz verde tem um comprimento de onda de 500 a 565 nanômetros, a azul tem um comprimento de onda de 380 a 440 nanômetros e a violeta tem um comprimento de onda de 380 a 440 nanômetros.
Em relação à pergunta que estamos respondendo aqui, é importante lembrar o seguinte:
- A luz azul e violeta têm o menor comprimento de onda das outras cores de luz visíveis,
- O sol passa pelo espaço vazio a caminho dos nossos olhos até atingir a atmosfera da Terra. E ao passar por ela acontecem coisas interessantes que acabam deixando o céu azul.
Atmosfera da Terra
Qual é a atmosfera da Terra em geral? Este é o manto da Terra, composto de vários gases (e existe porque a gravidade da Terra é forte o suficiente para “prendê-los” a si mesma). Todos sabemos que um desses gases é o oxigênio, de que as pessoas precisam para viver.
Mas muitos ficam surpresos ao saber que a maior parte vai para o nitrogênio. A proporção de oxigênio na atmosfera é de aproximadamente 21%, e nitrogênio até 78%. A interação da luz solar com as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera torna nosso céu azul.
Difusão dos raios do sol na atmosfera
Quando os raios do sol entram na atmosfera, passando sem impedimentos pelo espaço aéreo, eles começam a “colisir” com as moléculas de nitrogênio e oxigênio. Existe um fenômeno que chamamos de espalhamento, ou espalhamento de Rayleigh (segundo Lord Rayleigh, que descreveu esse fenômeno em 1871). Essa dispersão ocorre quando o tamanho da partícula em que a luz é espalhada é menor que o comprimento de onda dessa luz (e isso é verdade para as moléculas de nitrogênio e oxigênio na atmosfera, que são muito menores que o comprimento de onda da luz solar visível).
O que é importante sobre a dispersão de Rayleigh é que ela depende do comprimento de onda ou da cor da luz: a luz de comprimento de onda curto é a que mais espalha, e a luz de comprimento de onda longo é a que menos (se, por acaso, for à quarta potência do comprimento de onda). Por exemplo, a luz azul típica se espalha cerca de 5 vezes mais eficientemente do que a luz vermelha.
À medida que os raios do sol passam pela atmosfera, os raios violetas são os que mais se espalham, seguidos pelos raios azuis. Isso pode ser pensado como as cores roxa e azul “fugindo” da luz branca do sol e se reorganizando, ou seja, se dispersando pelo céu e finalmente atingindo os olhos, criando uma imagem colorida do céu. No entanto, se o roxo é mais difuso que o azul, por que o céu não é roxo, mas azulado?
Há duas razões para isso. Em primeiro lugar, notamos que há menos cores violetas no espectro solar do que azuis. Em segundo lugar, os olhos humanos são mais sensíveis ao azul do que ao violeta. É por isso que o céu acaba nos parecendo azul. E se não houvesse atmosfera, seria preto, porque não haveria moléculas para espalhar a luz do sol pelo céu.
Por que o céu fica vermelho ao nascer e ao pôr do sol?
Ao nascer e ao pôr do sol, a luz solar tem que percorrer uma distância maior através da atmosfera do que quando o sol está alto no céu para alcançar nossos olhos. Nesse caso, a radiação violeta e azul é espalhada várias vezes em direções aleatórias e acaba não atingindo nossos olhos. E se houver muitas partículas de poeira e smog nessa camada da atmosfera, espalhá-las contribuirá para um avermelhamento ainda maior, criando belos pores do sol.
