Pergunte a Ethan: Por que os raios de sol não são paralelos?
Quando o Sol é visível no céu e você vê raios de sol (ou raios de sol) emanando dele, eles parecem se espalhar e divergir. Mas se os raios de sol são todos paralelos, por que isso acontece? (PIXABAY / FOTOS GRÁTIS)
Se o Sol está a 93 milhões de milhas de distância, por que a luz do sol filtrando através das nuvens ou das árvores se espalha?
Os raios de sol são uma daquelas paisagens naturais que deixam marcas indeléveis em nossas mentes e memórias. Seja a luz do sol filtrando através de uma nuvem ou atravessando as árvores em uma floresta, os raios quase nunca aparecem perfeitamente paralelos. Em vez disso, eles parecem convergir em algum ponto distante, parecendo divergir um do outro à medida que se aproximam da superfície da Terra. Mas o Sol está muito mais longe, a distâncias de 150 milhões de km, que os raios de luz deveriam parecer perfeitamente paralelos. Então por que não o fazem? É isso que ‘Perplexed in Iowa’ quer saber, perguntando:
Eu entendo que o sol está a uma distância muito grande da Terra, de tal forma que os caminhos que os fótons tomam que atingem a Terra são praticamente paralelos. Então, por que, quando vejo raios de sol, produzidos (suponho) pelo sol brilhando através de diferentes densidades de nuvens, eles são radiais com seu ponto de origem na localização aparente do sol em nosso céu?
Gostei dessa pergunta imediatamente, porque pega um fenômeno cotidiano que quase todo mundo já experimentou e faz a mais simples de todas as perguntas: por quê?
A luz que atinge seus olhos a qualquer hora do dia é uma combinação da luz solar direta que chega até você do próprio Sol e da luz solar indireta e espalhada que vem de todas as direções. Quando você tem uma mistura de sombras e raios de sol, a luz solar direta se destaca tremendamente. (PIXABAY / STUX)
Os próprios raios de sol – ou raios de sol como você pode pensar deles – nem sempre são visíveis. Se você pensar em um dia ensolarado típico, todo o céu parece estar iluminado. Sem nada para bloquear os raios do Sol, eles atingem a Terra como se fossem completamente paralelos. O Sol é grande e distante em comparação com o diâmetro da Terra: tem 864.000 milhas de diâmetro e 93 milhões de milhas de distância. Onde quer que você esteja na Terra, é provável que você veja todos os raios do Sol, com apenas meio grau de diâmetro, vistos da Terra, originários do mesmo local no espaço. A luz do Sol, pelo menos até onde os olhos humanos vão, vem de uma única direção.
Se a Terra fosse perfeitamente plana, os raios do Sol lançariam sombras idênticas ao meio-dia no solstício em todos os lugares da Terra (topo), não importa onde você estivesse localizado. Mas se a superfície da Terra fosse curva (inferior), sombras em diferentes locais lançariam sombras diferentes no mesmo dia, dependendo do ângulo em que os raios do Sol atingiram o objeto em questão. Ao medir a diferença no ângulo de sombra entre dois pontos na superfície da Terra, tornou-se possível medir o tamanho da Terra pela primeira vez. O fato de o Sol ser grande e distante exige que seus raios sejam paralelos entre si, mesmo que não pareçam visualmente. (E. SIEGEL / ALÉM DA GALÁXIA)
Você não precisa de luz solar direta para ver tudo, no entanto. A atmosfera da Terra é bastante clara o suficiente para que toda a luz do sol viaje diretamente para a superfície da Terra ou seja espalhada omnidirecionalmente. Este último efeito é o motivo pelo qual, em um dia nublado e nublado, você ainda pode ver as coisas; o mundo inteiro ainda está iluminado, mesmo que você não possa ver o Sol. A atmosfera faz um ótimo trabalho ao dispersar a luz do Sol para preencher o ambiente circundante com luminância. A luz, uma vez espalhada pela atmosfera, se propaga igualmente em todas as direções. O que experimentamos na Terra é uma combinação dessa luz espalhada com a luz direta vinda de fontes celestes, como o Sol.
Mesmo se você olhar para sua própria sombra, onde seu corpo bloqueia a luz direta do sol, você ainda pode ver detalhes, cores e luz atingindo o mundo por trás de sua sombra. Este é o efeito da luz solar espalhada. (DAVE SHAVER / FLICKR)
É também por isso que, em um dia claro e ensolarado, se você olhar para sua sombra, a região sombreada pode estar mais escura que as outras, mas ainda está iluminada. Se você olhar para sua própria sombra durante o dia, ainda poderá ver tudo no chão, esteja na sua sombra ou não. Da mesma forma, se o Sol mergulhar atrás de uma nuvem, você ainda poderá ver tudo no local onde as nuvens bloqueiam a luz do sol. Apenas um pouco mais da metade da luz que atinge você, em um dia ensolarado, vem da luz solar direta; o restante vem da luz que está sendo refletida ou re-irradiada de outros lugares da Terra. Não importa se você está na luz do sol ou na sombra, o mundo, durante o dia, ainda é iluminado pela luz difusa.
Durante o pôr do sol ou o nascer do sol, a localização do Sol é claramente visível e muitas vezes localizada atrás das nuvens. À medida que os raios de sol emergem por trás dessas nuvens, eles parecem se espalhar, em vez de convergir, devido à configuração de que as nuvens no horizonte podem estar mais distantes de você do que os raios de sol que fluem em sua direção. (PIXABAY / ANEVAIS)
Então, com tudo isso em mente, vamos voltar ao fenômeno do raio de sol. Por que, quando você tem o Sol atrás das nuvens, às vezes você pode ver os raios de sol brilhando sobre a terra? É realmente por causa de diferentes densidades de nuvens ou existem buracos genuínos nas nuvens? Além disso, por que os raios de sol às vezes parecem paralelos uns aos outros, enquanto, outras vezes, parecem convergir de volta para o Sol?
A luz do sol brilhando através das árvores deixa formas definidas como raios, mas a luz espalhada ao redor ainda nos permite ver características e detalhes mesmo nas regiões mais sombrias. (WIKIMEDIA COMMONS / REMI MATHIS)
A primeira coisa que você precisa aceitar é que, mesmo na ausência de luz solar direta, ainda haverá essa luz solar indireta e espalhada vindo de todas as direções. Para aqueles de vocês que experimentaram um eclipse solar total, podem ter ficado surpresos que, embora tenha ficado mais escuro, não parecia que era noite. O mundo ainda exibia suas cores; você ainda podia ver quilômetros em todas as direções; você podia ver detalhes nas pessoas ao seu lado e em toda a paisagem e no céu. A luz do sol espalhada está sempre presente durante o dia e é muito difícil de evitar.
O eclipse total, como visto em Madras, Oregon nesta foto, resultou não apenas em uma vista espetacular do Sol, mas do horizonte que cerca todos no caminho da totalidade. Mesmo na sombra da Lua, a luz do sol espalhada a talvez 30 quilômetros de distância ainda ilumina seu entorno a ponto de você poder ver detalhes e cores ao seu redor. (ROB KERR/AFP/GETTY IMAGES)
Qualquer luz solar direta que venha em sua direção (ou perto de você) deve emergir em cima da luz solar espalhada que permeia o resto do seu ambiente. A luz solar direta é mais brilhante e mais poderosa do que a luz do sol espalhada e, portanto, se destaca no fundo sempre que uma visão de nuvens ou luz obscurecida compõe a maior parte do seu campo de visão. Os raios de sol se originam de lacunas ou de partes muito finas das nuvens (ou árvores, ou qualquer outra coisa opaca), onde a luz solar direta não é efetivamente bloqueada. Essa luz direta parece mais brilhante do que todos os lugares ao seu redor, mas só causa uma impressão visual em nós quando está brilhando em relevo contra um pano de fundo sombrio.
Se o céu estivesse completamente claro, os raios de sol estariam em toda parte e, portanto, não pareceriam impressionantes. Mas contra um pano de fundo sombrio, os raios de sol se destacam como pontos brilhantes contra um pano de fundo mais escuro. (PIXABAY / STUX)
A forma aparente de um raio de sol pode variar drasticamente dependendo da sua orientação em relação ao Sol e das nuvens/árvores que criam a cena visual que você está observando. Você pode suspeitar que as nuvens são como prismas ou lentes, divergindo ou refratando os feixes de luz e fazendo com que eles se espalhem. Mas esse não é realmente o caso; as próprias nuvens absorvem e reemitem a luz uniformemente em todas as direções, e é por isso que elas não são transparentes.
É apenas onde as nuvens não absorvem a maior parte ou toda a luz que você obtém o efeito de raio de sol. Como se vê, esses raios na verdade são, até onde podemos medir, linhas verdadeiramente paralelas, consistentes com o fato de o Sol estar extremamente distante. Se você encontrasse alguns raios de sol que não fossem direcionados nem para você nem para longe de você, mas perpendiculares à sua linha de visão, você observaria raios de sol completamente paralelos.
Quando a luz do sol atinge os objetos que você está vendo em um ângulo transversal, de modo que o ponto de origem e o ponto final do raio de sol estejam a distâncias equivalentes, a natureza paralela dos raios se torna realmente aparente. (REVISTA EDHAT ONLINE)
A maioria dos raios de sol parecem convergir para o Sol apenas quando o Sol é visível na região do céu para a qual você está olhando. Os raios de sol parecem convergir na localização do Sol pela mesma razão que estradas ou trilhos de trem parecem convergir para um ponto de fuga: são linhas verdadeiramente paralelas que são vistas de uma perspectiva específica. Como esses raios paralelos estão mais próximos de onde você está localizado na extremidade próxima (e não na extremidade), eles sempre parecem convergir à distância e divergir à medida que se aproximam de você.
A razão para isso é simples: o Sol está muito longe e o ponto de origem do raio de sol (das nuvens ou árvores) está mais longe de você do que o ponto de pouso do raio de sol.
Raios de sol, ou raios de sol, muitas vezes parecem divergir, mas isso ocorre apenas porque o local onde eles parecem chegar estão mais próximos de você do que o local onde eles parecem se originar. Na realidade, são todos raios paralelos que emanam do Sol. (PIXABAY / WEBSI)
Pode nem sempre ser óbvio, mas é por isso que os raios assumem a forma de feixe que é tão familiar. Na verdade, a forma divergente dos feixes torna-se extremamente pronunciada quanto mais próximo de você estiver o final do feixe.
A razão pela qual você tem um feixe é por causa da perspectiva das sombras ao redor e da capacidade de nossos olhos de captar o brilho relativo da luz solar direta contra um pano de fundo de relativa escuridão. A razão pela qual os raios parecem ter uma forma divergente é por causa da perspectiva, e o fato de que esses raios de luz verdadeiramente paralelos estão pousando mais perto de nós do que seu ponto de origem, bem no fundo das nuvens. Os raios do Sol realmente são paralelos, mas a menos que estejam vindo perpendicularmente a você, eles não parecerão ser assim. Isso é simplesmente o que parece quando você vê linhas paralelas à medida que elas se afastam de você.
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Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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