Porque é que o céu é azul (e o pôr do sol é laranja)

Porque é que o céu é azul e não roxo, porque fica laranja ao fim do dia, porque as nuvens são brancas e de que cor é o céu em Marte.

Porque é que o céu é azul? Porque o ar espalha a luz azul do Sol muito mais do que a vermelha, e essa luz espalhada chega aos olhos vinda de todas as direções. O fenómeno chama-se dispersão de Rayleigh. A mesma explicação diz porque é que o pôr do sol fica laranja, e uma pequena variação explica as nuvens brancas e o céu estranho de Marte.

Porque é que o céu é azul, explicado de forma simples

Porque as moléculas do ar desviam mais a luz de onda curta. A luz do Sol parece branca, mas é uma mistura de todas as cores do arco-íris, cada uma com o seu comprimento de onda. Segundo a NASA, o olho humano vê de cerca de 380 nanómetros, no violeta, a cerca de 700, no vermelho.

As moléculas de azoto e de oxigénio do ar são muito mais pequenas do que essas ondas. Quando a luz as atinge, parte dela é desviada para todos os lados, e o desvio é muito mais forte para as ondas curtas. O físico britânico Lord Rayleigh explicou isto em 1871: a luz espalhada aumenta muito depressa à medida que a onda encurta. Pelas contas dessa regra (um cálculo nosso, simplificado), o violeta é espalhado cerca de nove vezes mais do que o vermelho.

Resultado: olhe-se para onde se olhar, longe do Sol, chega aos olhos luz azul que foi desviada pelo ar. O céu inteiro brilha azul.

Uma faixa de atmosfera sobre a Terra: ao meio-dia a luz do Sol desce a direito e o azul espalha-se pelo céu; ao pôr do sol a luz atravessa um caminho longo e chega laranja — Ao meio-dia, a luz atravessa pouco ar; ao pôr do sol, muito mais. Fonte: Met Office e NASA

Porque é que o céu é azul e não roxo?

Por duas razões, segundo o Met Office, o serviço meteorológico britânico: a luz do Sol já traz menos violeta do que azul, e os olhos humanos são mais sensíveis ao azul. O violeta é espalhado ainda mais do que o azul, mas a mistura que chega aos olhos é lida como azul claro.

Porque é que o pôr do sol é laranja (e às vezes vermelho)?

Porque, ao nascer e ao pôr do sol, a luz atravessa uma camada de ar muito mais espessa até chegar aos olhos. Pelo caminho, quase todo o azul é desviado para os lados. O que sobra, e segue a direito, são os amarelos, os laranjas e os vermelhos, as cores de onda mais longa.

A Torre de Belém em silhueta contra o céu laranja e roxo do pôr do sol, em Lisboa

O mesmo acontece ao Sol: perto do horizonte, parece mais alaranjado do que ao meio-dia. Quanto mais longo o caminho pelo ar, mais quente a cor.

Porque é que as nuvens são brancas?

Porque as gotas de água das nuvens espalham todas as cores quase por igual, e a soma de todas as cores é branca. O Met Office resume assim: as nuvens são brancas porque a luz do Sol é branca.

A diferença está no tamanho. As moléculas do ar são minúsculas e escolhem o azul. As gotas de uma nuvem são muito maiores, do tamanho das ondas de luz ou mais, e já não escolhem: desviam tudo. Por isso, o nevoeiro, feito das mesmas gotas, também parece branco.

A ponte Luís I, no Porto, envolta em nevoeiro sobre o rio Douro

E porque ficam cinzentas?

Pela mesma razão, ao contrário. Uma nuvem espessa devolve muita luz para cima e para os lados, e chega menos à base. Vista de baixo, essa base parece cinzenta ou escura. Quanto mais espessa a nuvem, mais escura a base.

O céu é azul por causa do mar?

Não. A cor vem do próprio ar, como explicam a NASA e o Met Office: são as moléculas da atmosfera que espalham o azul. Por isso, o céu também é azul sobre um deserto ou no interior de um continente, a centenas de quilómetros da costa.

E porque é que o céu é escuro à noite?

Porque não há luz do Sol para espalhar. Do lado da Terra virado para longe do Sol, o ar não recebe luz direta, e o céu fica escuro, com as estrelas à vista.

De que cor é o céu em Marte?

Ao contrário do da Terra: de dia, o céu de Marte tende para o laranja e o avermelhado, e o pôr do sol é azul. A atmosfera marciana é muito fina e cheia de poeira fina, e é a poeira, não o gás, que manda na cor.

A NASA conta que o rover Curiosity fotografou um pôr do sol azulado a 15 de abril de 2015, na cratera Gale. O cientista Mark Lemmon, membro da missão, explicou que a poeira tem o tamanho certo para deixar passar a luz azul um pouco melhor, e que essa luz fica perto da direção do Sol. Daí a mancha azul à volta do Sol, enquanto o resto do céu fica amarelo e laranja.

Pôr do sol em Marte fotografado pelo rover Curiosity na cratera Gale, com um halo azulado à volta do Sol

Segundo a NASA, «os pores do sol marcianos destacam-se pela sua distinta cor azul». No planeta vizinho, a mesma física dá o resultado oposto.

Para ver com os próprios olhos

Ao fim da tarde, compare o céu por cima da cabeça, ainda azul, com o horizonte do lado do Sol, já alaranjado. É a diferença entre um caminho curto e um caminho longo pelo ar.
Nunca olhe diretamente para o Sol, nem perto do horizonte, e muito menos com binóculos.

Da próxima vez que o céu de Lisboa ou do Porto estiver limpo, é a dispersão de Rayleigh a trabalhar sobre o ar que respiramos.