A combinação de um céu azul, escuro por cima, mais claro perto do horizonte, juntamente com um Sol avermelhado ao nascer ou ao pôr-do-sol, pode ser explicada cientificamente, juntamente com a cor azul dos oceanos como um fenómeno independente. Eis a ciência de como funciona.
Se alguma vez teve curiosidade sobre o mundo em que vive, provavelmente já se perguntou porque é que o céu é azul. As respostas incorrectas que as pessoas dão frequentemente em resposta incluem:
- que a luz solar tem uma tonalidade azul,
- que o próprio oxigénio é um gás de cor azul,
- ou que o céu reflecte os oceanos.
Embora nenhuma dessas respostas esteja correcta, essa última tentativa levanta uma questão relacionada que as pessoas frequentemente se interrogam: porque é que os oceanos são azuis?
Como visto do espaço, o planeta Terra é frequentemente descrito como um ponto azul pálido, mas são apenas os oceanos que parecem azuis-hued. Os continentes, as nuvens e as calotas de gelo não parecem de todo azuis; são os oceanos, não a atmosfera, que dão ao nosso planeta a sua compleição global. Durante milhares de anos, a humanidade teve simplesmente de aceitar estas propriedades do nosso mundo como factos. Mas com os avanços da ciência moderna, compreendemos porque é que tanto o céu como os oceanos são azuis.
Quando o Sol está alto, o céu em direcção ao zénite é um azul muito mais escuro, enquanto que o céu… em direcção ao horizonte é uma cor cian mais clara e brilhante. Isto deve-se à maior quantidade de atmosfera, e à maior quantidade de luz espalhada, que é visível em ângulos baixos no céu.
Karsten Kettermann /
Contrário ao que possa ter lido, não há um único factor responsável pelo céu azul da Terra. Os céus não são azuis porque a luz solar tem uma tonalidade azul; o nosso Sol emite luz de muitos comprimentos de onda diferentes, e essa luz resume-se a ser uma cor branca líquida. O oxigénio em si não é um gás de cor azul, mas é transparente à luz. No entanto, há uma miríade de moléculas e partículas maiores na nossa atmosfera que desempenham um papel, dispersando luz de diferentes comprimentos de onda em diferentes quantidades. O oceano não desempenha qualquer papel na cor dos céus, mas a sensibilidade dos nossos olhos desempenha absolutamente: não vemos a realidade como ela é, mas sim como os nossos sentidos a percebem e o nosso cérebro a interpreta.
Estes três factores – a luz do Sol, os efeitos de dispersão da atmosfera terrestre, e a resposta do olho humano – são o que se combinam para dar ao céu a sua aparência azul.
Animação esquemática de um feixe contínuo de luz a ser disperso por um prisma. Se tivéssemos olhos ultravioleta… e infravermelhos, poderíamos 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.
LucasVB / Wikimedia Commons
Quando passamos a luz solar através de um prisma, podemos ver como se divide nos seus componentes individuais. 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 suas contrapartidas de alta energia. A razão pela qual a luz se divide é porque o comprimento de onda é a propriedade crítica que determina como a luz interage com a matéria.
Os grandes orifícios no seu microondas permitem a entrada e saída de luz visível de curto comprimento de onda, mas mantêm a luz de microondas de maior comprimento de onda dentro, reflectindo-a. Os revestimentos finos nos seus óculos de sol reflectem 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 azoto, oxigénio, água, dióxido de carbono, bem como átomos de árgon – dispersam a luz de todos os comprimentos de onda, mas preferencialmente são mais eficientes na dispersão da luz azul, luz de comprimento de onda mais curto.
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 mais se dispersa. É apenas devido à sensibilidade dos nossos olhos que o céu aparece azul e não violeta. O comprimento de onda mais longo e o comprimento de onda mais curto das luzes visíveis experimentam uma diferença na dispersão de Rayleigh por quase uma ordem de magnitude.
Existe uma razão física por detrás disto: todas as moléculas que compõem a nossa atmosfera são de menor tamanho do que os vários comprimentos de onda de luz que o olho humano pode ver. Os comprimentos de onda que estão mais próximos dos tamanhos das moléculas presentes dispersar-se-ão mais eficazmente; quantitativamente, a lei que obedece é conhecida como dispersão de Rayleigh.
A luz violeta no limite de comprimento de onda curto do que podemos ver dispersão mais de nove vezes mais frequentemente do que a luz vermelha, de comprimento de onda longo no outro extremo da nossa visão. É por isso que, durante o nascer do sol, pôr-do-sol e eclipses lunares, a luz vermelha ainda pode passar eficientemente através da atmosfera, mas os comprimentos de onda mais azuis da luz são praticamente inexistentes, tendo sido preferencialmente dispersos.
alguns materiais opalescentes, como o aqui mostrado, têm propriedades de dispersão de Rayleigh semelhantes a… a atmosfera. Com a luz branca a iluminar esta pedra da parte superior direita, a própria pedra espalha luz azul, mas permite que a luz laranja/vermelha passe preferencialmente através de luz não determinada.
Desde que os comprimentos de onda da luz azul são mais fáceis de espalhar, qualquer luz solar directa que chegue tornar-se-á mais avermelhada e mais avermelhada quanto mais atmosfera passar. O resto do céu, contudo, será iluminado pela luz indirecta do sol: luz que atinge a atmosfera e depois é redireccionada para os seus olhos. A esmagadora maioria dessa luz será azul em comprimento de onda, razão pela qual o céu é azul durante o dia.
Só assumirá uma tonalidade mais avermelhada se houver atmosfera suficiente para dispersar essa luz azul antes de atingir os seus olhos. Se o Sol estiver abaixo do horizonte, toda a luz tem de passar por grandes quantidades de atmosfera. A luz mais azul é espalhada, em todas as direcções, enquanto a luz mais vermelha tem muito menos probabilidades de se espalhar, o que significa que toma um caminho mais directo para os seus olhos. Se alguma vez estiver num avião após o pôr-do-sol ou antes do nascer do sol, pode obter uma vista espectacular deste efeito.
De altitudes muito elevadas nos céus pré-sol ou pós-sol, pode ser visto um espectro de cores,… causado pela dispersão da luz solar, várias vezes, pela atmosfera. A luz directa, de perto do horizonte, avermelha tremendamente, enquanto longe do Sol, a luz indirecta só aparece azul.
Isto pode explicar porque é que o pôr-do-sol, o nascer do sol e os eclipses lunares são vermelhos, mas pode deixá-lo a perguntar-se porque é que o céu aparece azul em vez de violeta. De facto, existe de facto uma maior quantidade de luz violeta proveniente da atmosfera do que a luz azul, mas também existe 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 de ser interpretados pelo seu cérebro quando se trata de atribuir uma cor.
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. Os nossos olhos respondem mais fortemente aos comprimentos de onda azul, ciano e verde da luz do que à violeta. Embora haja mais luz violeta, não é suficiente para superar o forte sinal azul que o nosso cérebro emite, e é por isso que o céu parece azul aos nossos olhos.
A primeira vista com os olhos humanos da Terra a erguer-se sobre o membro da Lua. A descoberta da… Terra do espaço, com olhos humanos, continua a ser uma das realizações mais icónicas da história da nossa espécie. A Apollo 8, que ocorreu em Dezembro de 1968, foi uma das missões precursoras essenciais para uma bem sucedida aterragem na Lua, que celebrará o seu 50º aniversário em Julho próximo. Note-se que a cor azul da Terra se deve aos oceanos, não à atmosfera.
Os oceanos, por outro lado, são uma história completamente diferente. Se olharmos para o planeta como um todo, com uma vista como a que se obtém do espaço, notaremos que os corpos de água que temos não são um azul uniforme, mas variam na sua sombra com base na profundidade da água. As águas mais profundas são um azul mais escuro; as águas mais rasas são um azul mais claro.
Vai notar, se olhar atentamente para uma fotografia como a que se segue, que as regiões aquáticas que bordejam os continentes (ao longo das plataformas continentais) são um azul mais claro, mais ciano do que as profundezas profundas e escuras do oceano.
Os oceanos da Terra podem parecer azuis, mas ao longo das plataformas continentais, aparecem um tom mais claro… de azul do que nas partes mais profundas do oceano. Isto não é um artefacto da forma como a imagem foi construída, mas um fenómeno real que detalha a diferença entre o que é absorvido e reflectido pelo próprio oceano a várias profundidades.
NASA / MODIS / Blue Marble Project
Se quiser um conjunto de provas mais directas de que os próprios oceanos parecem azuis, pode tentar mergulhar sob a superfície da água e registar o que vê. Quando o fazemos, tirando uma fotografia debaixo de água à luz natural – ou seja, sem qualquer fonte de luz artificial – podemos ver imediatamente que tudo assume uma tonalidade azulada.
Quanto mais descemos, à medida que atingimos profundidades de 30 metros, 100 metros, 200 metros e mais, mais azulado tudo aparece. Isto faz muito sentido quando se lembra que a água, tal como a atmosfera, também é feita de moléculas de tamanho finito: menores do que os comprimentos de onda de qualquer luz que podemos ver. Mas aqui, nas profundezas do oceano, a física da dispersão é um pouco diferente.
Se descer para um corpo de água e apenas permitir que o seu ambiente seja iluminado por… luz solar natural vinda de cima, verá que tudo assume uma tonalidade azulada, pois a luz vermelha é a primeira a ter os seus comprimentos de onda totalmente absorvidos.
Em vez de dispersão, que é o papel principal da atmosfera quando a luz passa através dela, um líquido como a água absorve (ou não absorve) a luz. A água, como todas as moléculas, tem uma preferência pelos comprimentos de onda que pode absorver. Em vez de ter uma simples dependência do comprimento de onda, a água pode mais facilmente absorver luz infravermelha, luz ultravioleta, e luz vermelha visível.
Isto significa que se descer até uma profundidade modesta, não sentirá muito aquecimento do Sol, ficará protegido da radiação UV, e as coisas começarão a ficar azuis, à medida que a luz vermelha é retirada. Desça um pouco mais fundo, e as laranjas também desaparecem.
Nas profundidades mais profundas, quando o mar é iluminado pela luz natural do sol vinda de cima, não só as cores vermelhas… mas as laranjas e os amarelos começam a desaparecer. Mesmo mais abaixo, os verdes também serão absorvidos, deixando apenas uma ligeira luz azul a ser observada.
Dennis Jarvis do flickr
P>Past que, os amarelos, verdes e violetas começam a ser levados. Ao descermos a profundidades de vários quilómetros, finalmente a luz azul desaparece também, embora seja a última a fazê-lo.
É por isso que as profundezas mais profundas do oceano aparecem um azul profundo e escuro: porque todos os outros comprimentos de onda são absorvidos. Os azuis mais profundos, únicos entre todos os comprimentos de onda de luz na água, têm a maior probabilidade de serem reflectidos e reemitidos. Tal como está, a média global do albedo (o termo técnico para reflectividade) do nosso planeta é 0,30, o que significa que 30% da luz incidente é reflectida de volta para o espaço. Mas se a Terra fosse inteiramente oceânica profunda, o nosso albedo seria apenas 0,11. O oceano é de facto muito bom a absorver a luz solar!
Dois-hemisférios compostos globais de Resolução Moderada Dados do espectroradiómetro de imagens (MODIS),… tirados em 2001 e 2002. Note-se que são os nossos oceanos, e só os nossos oceanos, que dão ao nosso planeta a sua aparência azul do espaço.
NASA
O céu e o oceano não são azuis por causa dos reflexos; ambos são azuis, mas cada um de sua própria vontade. Se se retirasse completamente os nossos oceanos, um humano na superfície continuaria a ver céus azuis, e se se conseguisse retirar os nossos céus (mas ainda nos desse água líquida à superfície), o nosso planeta continuaria a parecer azul.
Para os céus, a luz solar azul espalha-se mais facilmente, e chega-nos indirectamente de onde a luz solar atinge a atmosfera como resultado. Para os oceanos, a luz visível de maior comprimento de onda é mais facilmente absorvida, por isso, quanto mais fundo vão, mais escuro o azul aparece a luz restante. As atmosferas azuis podem ser comuns nos planetas, pois Urano e Neptuno também as possuem, mas nós somos os únicos que conhecemos com uma superfície azul. Talvez quando encontrarmos outro mundo com água líquida na sua superfície, não estaremos tão sós em mais do que um!