As cores do céu

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Nossa espécie, como todas as outras, evoluiu de modo a adaptar-se o melhor possível ao mundo. Porém, ao que sabemos, os humanos são os únicos que podem também apreciar a beleza desse mundo, consequência de um aprimorado senso estético que, sem dúvida, também exerce uma função evolutiva. É verdade que a plumagem e o canto dos pássaros machos funcionam como instrumentos de sedução de suas parceiras. Mas não imagino que um pássaro ou um cachorro ou uma formiga olhem para o céu e exclamem à sua maneira "Que lindo dia! Veja só como o céu está azul!"

Nossa visão é sensível a uma janela bastante limitada do espectro eletromagnético, que cobre todas as frequências da radiação produzida pelo movimento acelerado das cargas elétricas. O que chamamos de "luz visível" inclui frequências que variam aproximadamente entre 400 e 800 trilhões de Hertz, ou ciclos por segundo. Essa radiação eletromagnética se propaga pelo espaço vazio com a velocidade da luz, de 300 mil quilômetros por segundo, na forma de ondas.

Podemos caracterizá-las pelo seu comprimento de onda, a distância entre duas cristas sucessivas. (O leitor pode fabricar ondas de comprimento diferente do seguinte modo: encha uma banheira com água e toque a sua superfície regularmente. A cada "experimento", varie o intervalo de tempo entre os toques, ora aumentando-o, ora diminuindo-o. Os ciclos mais lentos, de menor frequência, geram ondas de comprimento maior.)

A luz do Sol que chega até nós é produzida em uma região chamada "fotosfera", cuja temperatura é de 5.800C. A essa temperatura, os átomos vibram tão rapidamente que geram radiação concentrada no visível, com um pouco de infravermelho (que, apesar de invisível, sentimos como calor) e ultravioleta (que também é invisível, mas causa o bronzeado na pele). Nossos olhos evoluíram para que pudéssemos ver o mundo através da radiação que vem do Sol.
Por que o céu é azul? A velocidade da luz diminui quando ela passa do espaço vazio para um meio material, como a atmosfera. Diferentes meios materiais causam variações na velocidade da luz. Para entendermos por que, devemos estudar a anatomia das ondas luminosas.

Vamos voltar ao experimento na banheira. Imagine que o seu dedo seja uma carga elétrica cuja vibração provoca a propagação de ondas. Essas ondas transmitem informação. No caso do dedo, elas transmitem a informação de que você está depositando regularmente energia na água. As ondas luminosas transmitem informação sobre como as cargas elétricas que a geraram estão se movendo. Quando essa onda encontra outras cargas, ela vai passar (ou tentar passar) essa informação para elas. Com isso, a passagem de uma onda luminosa pode, em certas circunstâncias, fazer outras cargas vibrarem.

O que determina essas circunstâncias é a compatibilidade entre o tamanho da onda luminosa, seu comprimento de onda, e o tamanho de seus alvos, a distribuição de cargas que ela encontra. Se as ondas forem muito maiores do que os seus alvos, nada acontecerá. Mas, quando os alvos tiverem dimensões comparáveis ao comprimento de onda da luz incidente, parte da energia da onda será absorvida, fazendo suas cargas vibrarem e reemitirem a radiação, efetivamente espalhando-a em todas as direções. Esse processo de absorção e reemissão de radiação "atrasa" a passagem da onda luminosa, diminuindo sua velocidade de propagação através do meio material.

A maior parte da luz solar atravessa a atmosfera e é vista por nós como o disco do Sol. Porém, a luz nos vários tons de azul tem os menores comprimentos de onda do espectro visível. Ela é a única que pode ser absorvida e reemitida pelas minúsculas partículas de ar na atmosfera, sendo assim espalhada em todas as direções. Daí o céu inteiro ser azul.

E o pôr-do-sol? Note que ele é mais avermelhado na vizinhança do Sol. Durante o pôr-do-sol, a luz solar deve atravessar a atmosfera por uma distância maior. Com isso, a luz azul é espalhada tão eficientemente que nem chegamos a vê-la, sobrando apenas as porções mais avermelhadas do espectro visível, as menos espalhadas. Aliás, quanto mais poluída a atmosfera, mais vermelho o crepúsculo, já que as partículas em suspensão espalham ainda mais eficientemente a luz azul. Basta comparar o pôr-do-sol na Grande São Paulo com um no campo.