Porque o céu é azul?

Em agosto de 1957, pela primeira vez na história, um ser humano chamado David Simons ascendeu acima do horizonte azul e contemplou seu entorno. A bordo de um balão, ele alçou-se a uma altitude superior a 30 quilômetros, deparando-se com uma paisagem celeste única. Ali, ele alcançou a região de transição, onde o azul que conhecemos ao nível do solo dava lugar ao negro absoluto do espaço sideral. Desde aquele quase esquecido voo de Simons, indivíduos de diversas nações tiveram a oportunidade de viajar além da atmosfera terrestre. Agora, após inúmeras experiências, tanto humanas quanto robóticas, fica claro que no espaço, durante o dia, o céu assume a cor negra.

O Sol irradia seu esplendor sobre a nave, e lá embaixo, a Terra brilha intensamente sob a luz solar. No entanto, o céu acima é tão negro quanto a noite. Tal como Yuri Gagarin descreveu em abril de 1961, a bordo da Vostok 1: “O céu é completamente negro; e, contra esse fundo escuro do céu, as estrelas parecem ainda mais brilhantes e nítidas. Abaixo, a Terra possui um belo halo azulado, distintivo e nítido, que pode ser claramente avistado enquanto observamos o horizonte. Há uma transição de cores suave e harmoniosa, do azul claro ao azul profundo, depois ao violeta e, finalmente, à total escuridão do céu. É uma transição de tirar o fôlego.”

Claramente, a tonalidade azul do céu diurno está relacionada com a atmosfera. Quando observada atentamente do espaço, a Terra parece cercada por uma fina camada azul. Na parte superior dessa camada, o céu azul gradualmente desaparece na vastidão do espaço exterior. Esse é o domínio da transição que Simons foi o primeiro a penetrar, e Gagarin o primeiro a testemunhar do alto. Nesse domínio infinito, a simples respiração é inviável sem complexos sistemas de suporte à vida. A vida humana depende desse céu azul para sua própria existência. Portanto, é legítimo considerar o céu como algo verdadeiramente sagrado.

A Luz branca pode ser descomposta em outras cores utilizando um prisma, mas as  partículas existentes no ar tem também essa capacidade de descompor e absorver ou refletir apenas determinadas cores, por exemplo isso explica o aparecimento dos arco-iris quando varias gotas de águas presentes no ar atuam como prismas descompondo a luz.

Percebemos o azul durante o dia devido à luz solar que se dispersa no ar acima e ao redor de nós. Em noites sem nuvens, o céu assume uma tonalidade negra, pois não existe uma fonte de luz suficientemente intensa para refletir no ar. Quando observamos o céu azul em um dia sem nuvens, estamos presenciando a interação das ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos do espectro eletromagnético, emitidas pelo Sol, interagindo com as moléculas predominantes na atmosfera terrestre, que são basicamente compostas de nitrogênio e oxigênio.

Entretanto, existem outros mundos, outros céus: Mercúrio, a lua da Terra e a maioria dos satélites dos outros planetas são corpos celestes de pequeno porte que, devido à sua fraca gravidade, são incapazes de reter suas próprias atmosferas, que escapam para o espaço. O vácuo quase absoluto do espaço se estende até a superfície desses corpos celestes. Como resultado, a luz solar atinge suas superfícies diretamente, sem encontrar obstáculos para dispersar ou ser absorvida durante seu trajeto. Os céus desses mundos são negros, mesmo ao meio-dia. Essa experiência foi vivenciada até agora por apenas doze seres humanos, as tripulações das missões Apollo 11, 12 e 14-17, que pousaram na Lua, bem como por todas as sondas robóticas que exploram nosso sistema solar. A maioria dos satélites conhecidos no Sistema Solar possui céus negros, com exceção de Titã, a lua de Saturno, e possivelmente Tritão, a lua de Netuno, que são suficientemente grandes para manterem suas próprias atmosferas. Além disso, os asteroides também possuem céus negros.

 

Fotografia tirada pela sonda Venera-13 em Vênus em 1981 e reprocessado por Don P. Mitchell. Ela mostra o solo arenoso em uma planície vulcânica. (A tampa da câmera está em primeiro plano)

Vênus possui aproximadamente noventa vezes mais atmosfera do que a Terra, mas a sua composição é muito diferente da nossa, sendo principalmente composta de dióxido de carbono em vez de oxigênio e nitrogênio. Devido a essa densa atmosfera, a luz solar tem dificuldade em penetrar até a superfície, resultando em uma luz que, quando finalmente alcança o solo, é fortemente avermelhada, assemelhando-se a um pôr-do-sol que cobre todo o céu. Fotografias tiradas pelas sondas soviéticas Venera, que pousaram em Vênus, confirmam que os céus deste planeta possuem uma tonalidade amarelo-laranja.

Marte, por outro lado, é um mundo menor que a Terra, com uma atmosfera significativamente mais tênue. Grande parte da superfície de Marte é desértica e vermelha devido à presença de areias ricas em ferro, e acredita-se que a coloração do céu seja um amarelo-alaranjado.

Os planetas mais distantes do Sistema Solar, como Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, apresentam diferenças notáveis. São planetas gigantes com atmosferas vastas, compostas principalmente de hidrogênio e hélio. Suas superfícies sólidas estão localizadas a profundidades tão grandes que a luz solar não consegue alcançá-las, resultando em céus permanentemente negros, sem a possibilidade de amanhecer. No entanto, nas camadas mais altas de suas atmosferas, onde a luz solar ainda consegue penetrar, um panorama de grande beleza aguarda. Por exemplo, Júpiter exibe uma atmosfera multicolorida devido à sua composição química, enquanto Urano e, especialmente, Netuno possuem um azul austero e misterioso, onde nuvens, algumas ligeiramente mais brancas, são transportadas por ventos de alta velocidade.

Todos os mundos que apresentam céus coloridos têm uma característica em comum: uma atmosfera visível e densa. Se estivermos na superfície de um desses mundos com uma atmosfera suficientemente densa para ser observada, é provável que exista uma maneira de explorar os céus. Atualmente, enviamos instrumentos para voar nas atmosferas de outros mundos, e um dia, talvez, seremos capazes de fazer isso pessoalmente. Já utilizamos paraquedas nas atmosferas de Vênus e Marte, e há planos para explorar as atmosferas de Júpiter e Titã. Em 1985, dois balões franco-soviéticos navegaram pelos céus amarelados de Vênus. Os sonhos de voar e explorar o espaço são concebidos por visionários semelhantes, dependem de tecnologias afins e evoluem juntos. Quando atingimos certos limites práticos e econômicos em relação ao voo na Terra, surge a possibilidade empolgante de voar pelos céus multicoloridos de outros mundos.

Imagem da atmosfera de Júpiter em infravermelho, tomada pela sonda espacial New Horizons.

É quase possível, agora, atribuir combinações de cores aos céus de todos os planetas do Sistema Solar, baseando-se nas cores das nuvens e do próprio céu. De Vênus, com seus céus manchados de enxofre, a Marte, com seus céus ferrugentos, e até mesmo a Urano, com sua tonalidade azul água-marinha, ou Netuno, com seu azul hipnótico e fantasmagórico. Quiçá um dia, essas combinações de cores adornarão as bandeiras de remotos assentamentos humanos no Sistema Solar, à medida que novas fronteiras se estendem desde o Sol até as estrelas, e exploradores se encontram rodeados pela escuridão infinita do espaço.

O céu representa apenas a fina camada de atmosfera que envolve alguns mundos com gravidade suficiente para evitar que esses gases preciosos escapem para o profundo espaço. A composição do céu na Terra é a chave para a existência da vida, e é por isso que devemos apreciar o nosso céu azul. Para os mundos que carecem de atmosfera e para o espaço em si, o céu é inteiramente negro. Isso pode parecer assustador para aqueles que esperam que o céu seja um lugar sobrenatural de repouso, mas é empolgante para aqueles que desejam conhecer o mundo como ele realmente é. Mesmo sabendo que os céus se assemelham mais a infernos, onde ocorre canibalismo cósmico, galáxias maiores engolem galáxias menores, estrelas e planetas se lançam em buracos negros devido à atração gravitacional, ou onde uma estrela explode de forma violenta, iluminando brevemente o céu em suas proximidades. Seja qual for a cor ou o significado do céu, ele sempre continuará a nos atrair, convidando-nos a explorá-lo.

Foto que mostra o paraquedas utilizando na atmosfera de Marte pela sonda espacial que leva o Jipi  Robô Curiosity . Foto tirada pelas câmeras da nave orbital Mars Reconnaissance Orbiter  (MRO)

Fala-se frequentemente que os cientistas não têm romantismo, que sua paixão por compreender as coisas retira a beleza e o mistério do mundo. No entanto, não é emocionante entender como o mundo realmente opera? Descobrir que a luz branca é uma combinação de cores, que a cor é nossa percepção dos diferentes comprimentos de onda da luz, que o ar transparente reflete a luz e que, ao fazê-lo, separa as diversas ondas, explicando por que o céu é azul da mesma forma que o pôr-do-sol é vermelho? Saber um pouco mais sobre o funcionamento desses fenômenos não prejudica em nada a beleza de um romântico pôr-do-sol. Pelo contrário, pode até aprimorar nossa apreciação por esses momentos especiais.
Usado como referencia alguns textos do livro  Pálido Ponto Azul de Carl Sagan