Porque é que o céu é azul e o pôr do sol é muitas vezes vermelho?

Ao meio-dia, o céu é azul. Ao fim da tarde, a zona do horizonte pode ficar laranja ou vermelha. O Sol não trocou as cores da sua luz. A atmosfera terrestre dispersa as diferentes cores da luz solar com intensidades diferentes. A cor que nos chega também depende do caminho que a luz percorre no ar.

Para perceber o fenómeno, convém distinguir a luz de uma zona azul do céu da luz que vem da direção do Sol baixo. Chegam aos nossos olhos por caminhos diferentes, mas as duas observações resultam do mesmo processo.

A luz solar contém muitas cores

A luz do Sol parece-nos geralmente esbranquiçada, mas contém uma mistura de cores visíveis. Um prisma pode separá-la num espectro, do violeta e do azul, com comprimentos de onda curtos, até ao vermelho, com comprimento de onda maior.

O comprimento de onda é a distância entre duas cristas sucessivas de uma onda luminosa. Aqui basta lembrar que o do azul é menor do que o do vermelho. Essa diferença influencia a intensidade da dispersão na atmosfera (NASA Space Place).

Dispersar significa desviar a luz em várias direções. O ar não é simplesmente um vidro azul através do qual olhamos.

Como as moléculas do ar fazem o céu parecer azul

A luz encontra as moléculas dos gases atmosféricos, sobretudo azoto e oxigénio. São muito menores do que os comprimentos de onda da luz visível. Nestas condições, os comprimentos de onda curtos são mais dispersos do que os longos: a luz azul é desviada com mais intensidade do que a vermelha. O processo chama-se dispersão de Rayleigh (Met Office).

Quando observa uma zona de céu limpo afastada do Sol, recebe luz que as moléculas do ar dispersaram na sua direção. Como a componente azul se destaca, o céu parece azul.

As moléculas não criam uma nova fonte de luz azul: redistribuem parte da luz solar existente. A explicação também funciona sobre terra firme. O céu não é azul por refletir o mar.

Céu azul e pôr do sol vermelho: dois caminhos

A aparente contradição desaparece ao distinguir a luz dispersa daquela que chega da direção do Sol.

A atmosfera não «faz azul» ao meio-dia e «faz vermelho» à tarde. Vemos partes diferentes da mesma mistura depois de percursos diferentes.

Porque é que o pôr do sol costuma ser laranja ou vermelho

Quando o Sol está alto, a luz atravessa um caminho relativamente curto na atmosfera até chegar ao solo. Quando está baixo, o percurso oblíquo atravessa muito mais ar. Imagine uma camada fina à volta de uma esfera: entrar quase perpendicularmente dá um caminho curto; passar perto da borda dá um caminho muito mais longo.

Ao longo desse percurso, mais luz azul e violeta é dispersa para fora da direção direta. A luz que ainda nos chega da direção do Sol contém, por isso, uma proporção maior de vermelho e laranja, com comprimentos de onda mais longos. O mesmo princípio explica as cores do nascer do sol (NASA, Met Office).

A atmosfera não fica subitamente mais espessa todas as tardes. O que muda é o comprimento do percurso pela camada de ar existente. Também não fica todo o céu vermelho a cada pôr do sol: direção do olhar, nuvens e partículas influenciam as cores que vemos em cada zona.

Porque é que o horizonte costuma parecer mais claro

Num céu limpo, o azul é muitas vezes mais intenso por cima da cabeça do que junto ao horizonte. O percurso maior volta a contar: a luz é dispersa e novamente dispersa pelo caminho, e a mistura parece mais clara e menos intensamente azul.

Poeiras e outras partículas finas, chamadas aerossóis, também podem alterar a distribuição da luz. Por isso, nem todos os fins de tarde são iguais. Um horizonte laranja, por si só, não mede a qualidade do ar nem permite fazer uma previsão meteorológica fiável.

Três perguntas frequentes

Porque não é o céu violeta?

A luz violeta é ainda mais dispersa do que a azul. Mas a perceção da cor não depende só da dispersão: há menos violeta na luz solar e os nossos olhos são mais sensíveis ao azul. Em conjunto, estes fatores explicam porque vemos habitualmente um céu azul durante o dia (Met Office).

O céu seria azul sem oceanos?

Sim. O essencial é a luz solar e a sua dispersão na atmosfera. Não é necessária uma superfície de água por baixo.

As cores do nascer do sol têm outra causa?

A geometria básica é semelhante: o Sol está baixo e a luz atravessa muita atmosfera. As cores concretas podem variar porque o ar e a nebulosidade não são idênticos.

Uma rotina simples de observação

Não precisa de instrumentos nem de um local especial. Escolha um dia com alguma parte do céu limpa e compare dois momentos:

1. Durante o dia: Observe o céu perto do horizonte e mais acima, longe do Sol. Onde é o azul mais intenso e onde é mais pálido?
2. Ao fim da tarde: Observe o céu na direção do pôr do sol sem olhar diretamente para o Sol. Que zonas ficam com cores quentes e quais continuam azuis?
3. Separe observação e explicação: Registe primeiro as cores, a direção e as nuvens. Depois relacione-as com um percurso curto ou longo da luz.
4. Repita noutro dia: As diferenças mostram que as condições atmosféricas também contam, além da geometria geral.

Para compreender as nuvens na paisagem, consulte como se formam as nuvens e porque desaparecem. Esse artigo acompanha as gotículas e os cristais de gelo; este acompanha a luz.

Imaginar a atmosfera à volta do globo

Com o LiveGlobe 3D, pode rodar e ampliar o globo e ativar o efeito de atmosfera nas definições. Use a vista para imaginar a camada de ar à volta de uma Terra esférica. O acesso web prevê início de sessão.

O modelo da esfera e da camada de ar fornece a explicação: com o Sol alto, a luz atravessa o ar de forma relativamente direta; com o Sol baixo, percorre um caminho longo junto à curvatura terrestre. O globo ajuda a visualizar a geometria. As cores reais observam-se ao ar livre.

Explore as vistas do globo do LiveGlobe 3D e recorde esta pergunta quando voltar a olhar para cima: Vejo sobretudo luz dispersa na minha direção, ou luz que chega da direção do Sol depois de um longo percurso?