Por que o céu é azul? A ciência explica isso - Médico - 2023

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Todos nós já nos perguntamos por que o céu é azul. E várias vezes, com certeza. E é que embora seja algo tão evidente para nós que não o questionamos, a verdade é que por trás da cor azul do céu, existem muitos fenômenos físicos incríveis.

A explicação de por que o céu é azul é muito simples, leva algum tempo para pensar nisso. Mas no artigo de hoje, faremos isso da maneira mais simples, clara, divertida e divertida possível.

Para entender o porquê do céu azul, temos que empreender uma jornada do sol para nossa retina, que é aquele que capta a luz. Portanto, analisaremos a natureza da luz solar, veremos o que acontece com ela quando atinge a atmosfera, qual o papel de seus gases e o que acontece em nossos olhos para que vejamos o azul do céu.

E antes de começarmos, uma coisa deve ficar clara: o céu é azul. Não é uma ilusão de ótica. Realmente tem essa cor. Mas se a nossa atmosfera fosse diferente, poderia ser olho, branco, amarelo, verde ... E hoje veremos por quê. Vamos começar nossa jornada.

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A jornada da luz do sol aos nossos olhos

Como já comentamos, a melhor maneira de entender por que o céu é azul é fazer uma viagem do Sol à nossa retina. Só então teremos uma visão clara e ordenada para compreender todos os fenômenos físicos que fazem o céu da Terra ter esta cor.

Portanto, dividiremos nossa jornada em três partes: radiação eletromagnética, a jornada da luz solar através do espaço e a entrada na atmosfera. Comecemos.

1. Radiação eletromagnética

Antes de começar nosso tour, devemos entender o que exatamente é a luz, qual é a sua natureza. Por isso, começaremos a falar de conceitos que, embora possam não parecer, têm uma relação enorme com a luz e, portanto, com a cor.

Toda a matéria do Universo, pelo simples fato de existir, emite alguma forma de radiação eletromagnética. Somente na temperatura de zero absoluto (-273,15 ° C) o movimento das partículas para e, portanto, nenhuma radiação é emitida.

E como é fisicamente impossível chegar a esse zero absoluto, podemos afirmar que, de uma estrela a uma planta, cada corpo do Cosmos emite uma forma ou outra de radiação, que será maior ou menor dependendo da energia interna do corpo em questão. E ter mais energia quase sempre implica em uma temperatura mais alta. Mas vamos chegar lá.

Primeiro, devemos entender o que é radiação eletromagnética e, acima de tudo, livrar-se da ideia de que radiação é igual a raios X ou raios gama. Estas são apenas uma das formas mais energéticas, mas já dissemos que toda matéria do Universo emite radiação.

Mas o que é radiação? Sem complicar muito, devemos entender a radiação eletromagnética como ondas que viajam pelo espaço. Para fazer uma analogia, podemos pensar em uma pedra caindo na superfície de um lago e gerando ondas ao seu redor. Seria algo assim. Não exatamente, mas nos ajuda a entender.

Seja como for, o fato da radiação ser ondas implica na existência de "cristas" nessas ondas, certo? E essas cristas estarão mais ou menos separadas umas das outras dependendo de sua energia. E isso, que pode parecer trivial, é o que determina que nós, seres humanos, emitamos radiação infravermelha e não raios gama, por exemplo.

Um corpo muito energético (que costuma ser sinônimo de corpo em alta temperatura) emite ondas de altíssima freqüência, ou seja, com as cristas de cada uma dessas ondas muito próximas. Como se fosse um mar muito agitado com ondas constantes.

E essa alta frequência implica (e agora apresentamos um novo conceito importante) um baixo comprimento de onda, que é basicamente que há pouca distância entre cada uma dessas ondas. Ou seja, dependendo da energia do corpo, este irá emitir radiação com um comprimento de onda inferior (o mais energético) ou superior (o menos energético).

Nesse sentido, é possível ordenar a radiação eletromagnética de acordo com seu comprimento de onda, gerando o que se conhece como espectro de radiação eletromagnética. O nome também não foi trabalhado muito.

À esquerda, temos a radiação de alto comprimento de onda (a menos energética) e, à direita, a radiação de baixo comprimento de onda (a mais energética), que, justamente por seu pequeno tamanho, são agentes mutagênicos. Mas essa é outra história.

O que importa é o que acontece no meio do espectro. Seres humanos, apesar de nos sentirmos muito cheios de energia, do ponto de vista físico, estamos com muito baixo nível energético. Por esse motivo, a radiação que emitimos, apesar de ser mais "poderosa" do que a radiação de rádio ou microondas, está no espectro infravermelho.

Emitimos radiação que nossos olhos não captam, mas as câmeras infravermelhas o fazem. A visão noturna e as câmeras térmicas baseiam-se precisamente na detecção dessa radiação. Mas isso, apesar de ser muito interessante, não é o que nos preocupa hoje.

O que realmente nos interessa é o que está do lado direito do infravermelho. O que há? Exatamente. Uma pequena faixa de radiação que constitui o espectro visível. Nessa parte, que varia de radiações de 700 nanômetros a 400 nanômetros, estão todas as cores (menos o preto, que é a ausência de luz), então isso já nos interessa mais no nosso caminho para o azul do céu.

As cores que vemos (vermelho, amarelo, verde, azul e violeta, além de todas as combinações) são radiação eletromagnética. Dependendo do comprimento de onda, estaremos enfrentando uma cor ou outra. As luzes LED, por exemplo, geram uma determinada cor variando o comprimento de onda da luz que emitem.

Portanto, por enquanto temos que ficar com a ideia de que cada cor corresponde a um determinado comprimento de onda. E vamos ter em mente que azul é uma cor gerada com comprimentos de onda de 500 nanômetros. Um nanômetro é um bilionésimo de um metro. Portanto, com 500 nanômetros estamos falando de um comprimento de onda de, mais ou menos, cerca de 5 vírus colocados online. Mas vamos chegar lá. Aqui tivemos que entender o que era radiação eletromagnética. E nós o tornamos seguro.

Agora, qual é a nossa fonte de radiação eletromagnética correspondente ao espectro visível? Exatamente. O Sol. E a luz que vem dele é o que vai determinar a cor do céu.

2. A luz solar viaja pelo espaço

O Sol é uma esfera de plasma incandescente em cujo núcleo ocorrem reações de fusão nuclear e com temperaturas de superfície de cerca de 5.500 ° C. É uma anã amarela (há estrelas muito maiores) que, devido à sua energia, emite uma radiação eletromagnética particular, que corresponde ao espectro do amarelo. Daí seu nome.

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Já vimos que o amarelo tem um comprimento de onda intermediário dentro do espectro, então não é o mais energético, mas também não é o menos. Na verdade, as anãs vermelhas são vermelhas, vale a redundância, porque são menos energéticas (suas temperaturas de superfície são em torno de 3.800 ° C) e, portanto, emitem radiação que, sendo visível, é de maior comprimento de onda, que corresponde ao vermelho.

Em contraste, estrelas como as hipergigantes azuis têm temperaturas de superfície de até 50.000 ° C, então não é surpreendente que elas emitam radiação azul visível, que é a mais energética. Mas não vamos mexer no céu, porque nosso céu não emite luz. Vamos voltar para o Sol antes de nos perdermos.

Você apenas tem que entender que o Sol emite luz branca. E a luz branca, a que comprimento de onda de radiação é equivalente? Nenhum. A luz branca nasce da união de todos os comprimentos de onda do visível. Ou seja, se você enviar um feixe de luz (que é basicamente o que nos chega do espaço do Sol) que contém todos os comprimentos de onda possíveis (do vermelho ao violeta), você terá luz branca.

Você só precisa olhar para o Sol (bem, não faça isso melhor) durante o dia. Qual é a cor dele? Branco, certo? Bem, por enquanto, vamos continuar com isso. A luz que viaja do Sol através do espaço é branca. O azul, no momento, não aparece em lugar nenhum. A luz do sol tem todas as cores misturadas. Mas, claro, tudo muda quando chega à atmosfera.

3. Entrada de luz na atmosfera e geração da cor azul

Vamos parar de falar por um momento sobre luz, radiação eletromagnética, comprimentos de onda e tudo isso. Vamos nos concentrar, agora, em nossa atmosfera. Em, portanto, nosso céu, que ainda é a atmosfera da Terra.

Qual é a atmosfera? Bem, a atmosfera é, de um modo geral, uma camada de gases que envolve a superfície da Terra, começando na crosta terrestre e estendendo-se por até 10.000 km acima dela, marcando uma fronteira difusa entre a Terra e o vazio do espaço.

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Mas o que é realmente importante, mais do que seu tamanho, é sua composição. E é nessa composição que está a chave para entender o porquê do azul do céu. A atmosfera de cada planeta é única em composição. E então entenderemos por que dizemos isso.

Nesse sentido, a atmosfera terrestre é composta por 78% de nitrogênio, seguida, bem atrás, pelo oxigênio, que representa 28% de sua composição. O 1% restante são todos os outros gases, com argônio e vapor d'água responsáveis por 0,93%. Os 0,07% restantes correspondem a dióxido de carbono, néon, hélio, ozônio, hidrogênio, etc.

Mas o que realmente importa é que de cada 100 moléculas de gás, 99 pertencem ao nitrogênio e ao oxigênio. Portanto, podemos afirmar que 99% dos gases da atmosfera são moléculas de nitrogênio e oxigênio.

Mas a atmosfera é apenas gases? Não. Além desses gases, existem partículas sólidas em suspensão, que são basicamente pólen, areia, poeira, fuligem e todos aqueles compostos sólidos que flutuam no ar. E agora estamos muito perto de entender por que o céu é azul.

Vamos voltar para a luz. Quando vem do Sol e por ser branco, antes de chegar à superfície (onde estamos), tem que atravessar esses 10.000 km de atmosfera. E se recapitularmos, lembraremos que cada cor corresponde a um comprimento de onda.

Os maiores correspondem, pela ordem, ao vermelho, ao amarelo e ao verde; enquanto os menores correspondem, em ordem, ao azul e ao violeta, sendo o último o menor. Seja como for, todas essas ondas, se quiserem atingir a superfície da Terra, terão que passar por todas aquelas partículas sólidas que comentamos.

E essas partículas sólidas, a propósito, têm um tamanho médio de cerca de 500 nanômetros (esse número parece familiar?). Então, o que vai acontecer agora é que a radiação que tem comprimentos de onda maiores que 500 nanômetros, conseguirá passar sem problemas, basicamente eles passarão por eles.

Por isso, a luz vermelha, por exemplo, cujo comprimento de onda é de 700 nanômetros, passa por ela sem problemas junto com a luz amarela e a verde. Mesmo a luz violeta, que é menor, com comprimento de onda de 400 nanômetros, pode passar por ele. Portanto, todas as cores passarão pela atmosfera suavemente. Menos um Veja se você consegue adivinhar.

A radiação correspondente ao azul, tendo comprimento de onda de tamanho igual (ou muito semelhante) aos 500 nanômetros de partículas sólidas, não pode passar por eles. Sendo do mesmo tamanho, ele colide com eles. E esse impacto faz com que a luz azul, longe de passar pelas partículas, seja refletida ou, como é mais correto dizer, espalhada em todas as direções possíveis.

Por esse motivo, a luz azul não pode atingir a superfície terrestre diretamente, mas se espalha pela atmosfera, tornando-a toda azul, de nossa perspectiva. Em outras palavras, as partículas sólidas "coletam" a radiação correspondente ao azul da luz do sol em seu caminho para a superfície.

Em outras palavras, toda a radiação passa suavemente pela atmosfera, exceto a luz azul, que não pode passar e, portanto, permeia toda a atmosfera com aquela radiação que nossos olhos interpretam como azuis. Se isso não acontecesse, o céu ficaria simplesmente branco, já que toda radiação passaria pela atmosfera.

Na próxima vez que você olhar para o céu, poderá pensar na radiação eletromagnética e na dispersão da luz. Ou apenas relaxe. Como preferir.

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Créditos: @pictoline