03/01/2023 - 10:48
Olhe para cima em um dia claro e ensolarado e você verá um céu azul. Mas essa é a verdadeira cor do céu? Ou é a única cor do céu?
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As respostas são um pouco complicadas, mas envolvem a natureza da luz, átomos e moléculas e algumas partes peculiares da atmosfera da Terra. E grandes lasers também – para a ciência!
Céus azuis?
Então, as primeiras coisas primeiro: quando vemos um céu azul em um dia ensolarado, o que estamos vendo? Estamos vendo nitrogênio azul ou oxigênio azul? A resposta simples é não. Em vez disso, a luz azul que vemos é a luz solar dispersa.
O Sol produz um amplo espectro de luz visível, que vemos como branco, mas inclui todas as cores do arco-íris. Quando a luz solar atravessa o ar, átomos e moléculas na atmosfera espalham a luz azul em todas as direções, muito mais do que a luz vermelha. Isso é chamado de dispersão de Rayleigh e resulta em um Sol branco e céu azul em dias claros.
Ao pôr do sol, podemos ver esse efeito mais claramente, porque a luz do sol precisa passar por mais ar para chegar até nós. Quando o Sol está perto do horizonte, quase toda a luz azul é espalhada (ou absorvida pela poeira), então acabamos com um Sol vermelho com cores mais azuis ao seu redor.
Mas se tudo o que vemos é a luz solar dispersa, qual é a verdadeira cor do céu? Talvez possamos obter uma resposta à noite.
A cor dos céus escuros
Se você olhar para o céu noturno, obviamente está escuro, mas não totalmente preto. Sim, existem as estrelas, mas o próprio céu noturno brilha. Isso não é poluição luminosa, mas a atmosfera brilhando naturalmente.
Em uma noite escura e sem lua no campo, longe das luzes da cidade, você pode ver as silhuetas das árvores e colinas contra o céu.
Esse brilho, chamado airglow (luminescência atmosférica), é produzido por átomos e moléculas na atmosfera. Na luz visível, o oxigênio produz luz verde e vermelha, as moléculas de hidroxila (OH) produzem luz vermelha e o sódio produz um amarelo típico de doença. O nitrogênio, embora muito mais abundante no ar do que o sódio, não contribui muito para o brilho do ar.
As cores distintas do airglow são o resultado de átomos e moléculas liberando quantidades específicas de energia (quanta) na forma de luz. Por exemplo, em grandes altitudes, a luz ultravioleta pode dividir as moléculas de oxigênio (O₂) em pares de átomos de oxigênio e, quando esses átomos se recombinam posteriormente em moléculas de oxigênio, produzem uma luz verde distinta.
O brilho do ar pode ser visto em locais escuros, como o Observatório Europeu do Sul no Chile
Luz amarela, estrelas cadentes e imagens nítidas
Os átomos de sódio constituem uma fração minúscula da nossa atmosfera, mas constituem uma grande parte do brilho do ar e têm uma origem muito incomum – estrelas cadentes.
Você pode ver estrelas cadentes em qualquer noite clara e escura, se estiver disposto a esperar. Elas são minúsculos meteoros, produzidos por grãos de poeira que se aquecem e se vaporizam na atmosfera superior enquanto viajam a mais de 11 quilômetros por segundo.
À medida que as estrelas cadentes brilham no céu, a cerca de 100 quilômetros de altitude, elas deixam para trás um rastro de átomos e moléculas. Por vezes podemos ver estrelas cadentes com cores distintas, resultantes dos átomos e moléculas que contêm. Estrelas cadentes muito brilhantes podem até deixar rastros de fumaça visíveis. E entre esses átomos e moléculas está um punhado de sódio.
Essa alta camada de átomos de sódio é realmente útil para os astrônomos. Nossa atmosfera está perpetuamente em movimento, é turbulenta e borra imagens de planetas, estrelas e galáxias. Pense no brilho que você vê quando olha para uma longa estrada em uma tarde de verão.
Estrelas artificiais
Para compensar a turbulência, os astrônomos tiram fotos rápidas de estrelas brilhantes e medem como as imagens das estrelas são distorcidas. Um espelho deformável especial pode ser ajustado para remover a distorção, produzindo imagens que podem ser mais nítidas do que as dos telescópios espaciais. (Embora os telescópios espaciais ainda tenham a vantagem de não espiar através do brilho do ar.)
Essa técnica – chamada de “óptica adaptativa” – é poderosa, mas há um grande problema. Não há estrelas naturais brilhantes suficientes para que a óptica adaptativa funcione em todo o céu. Assim, os astrônomos criam suas próprias estrelas artificiais no céu noturno, chamadas de “estrelas-guia a laser”.
Esses átomos de sódio estão muito acima da atmosfera turbulenta, e podemos fazê-los brilhar intensamente disparando um laser de potência sintonizado com o amarelo distinto do sódio. A estrela artificial resultante pode então ser usada para óptica adaptativa. A estrela cadente que você vê à noite nos ajuda a ver o universo com uma visão mais nítida.
Então o céu não é azul, pelo menos não sempre. Também é um céu noturno que brilha no escuro, colorido com uma mistura de verde, amarelo e vermelho. Suas cores resultam da dispersão da luz solar, oxigênio e sódio das estrelas cadentes. E com um pouco de física e alguns grandes lasers, podemos fazer estrelas amarelas artificiais para obter imagens nítidas do nosso cosmos.
Estrelas-guia de laser de sódio no Very Large Telescope do ESO no Chile
* Michael J. I. Brown é professor associado de astronomia na Universidade Monash (Austrália); Matthew Kenworthy é professor associado de astronomia na Universidade de Leiden (Holanda).
** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.
