Aquele céu azul perfeito, pontuado com nuvens, é um elogio da dispersão de Rayleigh. Manuel Breva Colmeiro / Moment / Getty Images Céus azuis, sorrindo para mim / Nada além de céu azul, eu vejo ... - Irving Berlin Se você já se perguntou por quê, como Irving Berlin, você vê "nada além de céus azuis, "você está em boa companhia. Demorou muitos séculos e muitas pessoas inteligentes - incluindo Aristóteles, Isaac Newton, Thomas Young, James Clerk Maxwell e Hermann von Helmholtz - para decifrar a resposta, em parte porque a solução engloba tantos componentes:as cores da luz do sol, o ângulo em que a iluminação solar viaja pela atmosfera, o tamanho das partículas transportadas pelo ar e moléculas atmosféricas, e a maneira como nossos olhos percebem as cores.
Vamos tirar o céu da equação por um momento e começar observando as cores. Do ponto de vista da física, cor refere-se aos comprimentos de onda da luz visível deixando um objeto e atingindo um sensor, como um olho humano. Esses comprimentos de onda podem ser refletidos, ou espalhado , de uma fonte externa, ou podem emanar do próprio objeto.
A cor de um objeto muda dependendo das cores contidas na fonte de luz; por exemplo, Tinta vermelha, visto sob luz azul, parece preto. Isaac Newton demonstrou com um prisma que a luz branca do sol contém todas as cores do espectro visível, portanto, todas as cores são possíveis à luz do sol.
Na escola, a maioria de nós aprendeu que uma banana parece amarela porque reflete a luz amarela e absorve todos os outros comprimentos de onda. Isso não é exato. Uma banana espalha tanto laranja e vermelho quanto amarelo, e espalha todas as cores da faixa visível em um grau ou outro [fonte:Bohren]. O verdadeiro motivo pelo qual parece amarelo está relacionado ao modo como nossos olhos percebem a luz. Antes de entrarmos nisso, Contudo, vamos dar uma olhada na cor que o céu realmente tem.
Faremos isso a seguir.
Como bananas, átomos, as moléculas e partículas na atmosfera absorvem e espalham a luz. Se não, ou se a Terra não tivesse atmosfera, perceberíamos o sol como uma estrela muito brilhante entre outras em um céu de noite perpétua. Nem todos os comprimentos de onda no espectro de luz visível se espalham igualmente, Contudo. Mais curta, comprimentos de onda mais energéticos, em direção à extremidade violeta do espectro, espalham-se melhor do que os mais longos, menos enérgico, extremidade vermelha. Essa tendência se deve em parte à sua energia superior, o que lhes permite fazer pingue-pongue mais, e em parte à geometria das partículas com as quais eles interagem na atmosfera.
Em 1871, Lord Rayleigh derivou uma fórmula que descreve um subconjunto dessas interações, em que as partículas atmosféricas são muito menores do que os comprimentos de onda da radiação que as atinge. O modelo de espalhamento de Rayleigh mostrou que, em tais sistemas, a intensidade da luz espalhada varia inversamente com a quarta potência de seu comprimento de onda. Em outras palavras, comprimentos de onda mais curtos - como o azul e o violeta - se espalham muito mais do que os longos quando as partículas - como as moléculas de oxigênio e nitrogênio - são relativamente pequenas. Sob estas condições, a luz espalhada também tende a se dispersar igualmente em todas as direções, é por isso que o céu parece tão saturado de cores [fonte:Bohren].
Se fôssemos tolos o suficiente para olhar diretamente para o sol, veríamos todos os comprimentos de onda, porque a luz atingiria nossos olhos diretamente. É por isso que o sol e a área ao redor parecem brancos. Quando olhamos para longe do sol, no céu claro, vemos a luz principalmente do mais curto, comprimentos de onda espalhados como violeta, índigo e azul.
Então, por que o céu não parece violeta em vez de azul claro? Os olhos têm. Seus observadores percebem as cores usando estruturas chamadas cones . Suas retinas se eriçam com cerca de 5 milhões de cones cada, composto por três tipos especializados em ver cores diferentes [fonte:Schirber]. Embora cada tipo de cone seja mais sensível a certos comprimentos de onda de pico, os intervalos dos tipos de cone se sobrepõem. Como resultado, diferentes espectros e combinações espectrais podem ser detectadas como a mesma cor.
Ao contrário de nossos sentidos auditivos, que pode reconhecer instrumentos individuais em uma orquestra, nossos olhos e cérebros interpretam certas combinações de comprimentos de onda como um único, cor discreta. Nosso sentido visual interpreta a luz azul-violeta do céu como uma mistura de luz azul e branca, e é por isso que o céu é azul claro.
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Sunset's StripA cor do céu pode mudar com base na poeira, poluição e vapor de água, que afetam a absorção e dispersão da luz solar de forma diferente. O tom avermelhado do pôr do sol se deve principalmente ao fato de que a luz do sol viaja por mais atmosfera para chegar aos nossos olhos. No momento em que a luz chega, foi retirado de comprimentos de onda mais curtos, que se espalharam, deixando apenas o comprimento de onda mais longo, iluminação direta dos tons mais vermelhos da luz solar.
