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É por isso que os oceanos e céus da Terra são azuis

A combinação de um céu azul, escuro no alto, mais claro perto do horizonte, juntamente com um sol avermelhado no nascer ou no pôr do sol, pode ser explicada cientificamente, juntamente com a cor azul dos oceanos como um fenômeno independente. Aqui está a ciência de como isso funciona. (Pexels)

Nenhum reflete o outro; ambos são azuis por razões completamente diferentes.

Se você já teve curiosidade sobre o mundo em que vive, provavelmente já se perguntou por que o céu é azul. As respostas incorretas que as pessoas costumam dar em resposta incluem:

• que a luz do sol tem um tom azul,
• que o oxigênio em si é um gás de cor azul,
• ou que o céu reflete os oceanos.

Embora nenhuma dessas respostas esteja correta, essa última tentativa traz uma questão relacionada que as pessoas costumam se perguntar: por que os oceanos são azuis?

Visto do espaço, o planeta Terra é frequentemente descrito como um ponto azul pálido, mas são apenas os oceanos que aparecem em tons de azul. Os continentes, nuvens e calotas polares não parecem azuis; são os oceanos, não a atmosfera, que dão ao nosso planeta sua aparência geral. Por milhares de anos, a humanidade teve que simplesmente aceitar essas propriedades do nosso mundo como fatos. Mas com os avanços da ciência moderna, entendemos por que tanto os céus quanto os oceanos são azuis.

Quando o Sol está alto, o céu em direção ao zênite é de um azul muito mais escuro, enquanto o céu em direção ao horizonte é de uma cor ciano mais clara e brilhante. Isso se deve à maior quantidade de atmosfera e à maior quantidade de luz espalhada, que é visível em ângulos baixos no céu. (KARSTEN KETTERMANN / PIXABAY)

Ao contrário do que você pode ter lido, não há um único fator responsável pelo céu azul da Terra. O céu não é azul porque a luz do sol tem um tom azul; nosso Sol emite luz de muitos comprimentos de onda diferentes, e essa luz se resume a uma cor branca líquida. O oxigênio em si não é um gás de cor azul, mas é transparente à luz. No entanto, há uma infinidade de moléculas e partículas maiores em nossa atmosfera que desempenham um papel, espalhando luz de diferentes comprimentos de onda em diferentes quantidades. O oceano não desempenha nenhum papel na cor dos céus, mas a sensibilidade de nossos olhos sim: não vemos a realidade como ela é, mas sim como nossos sentidos a percebem e nosso cérebro a interpreta.

Esses três fatores – a luz do Sol, os efeitos de dispersão da atmosfera da Terra e a resposta do olho humano – são o que se combinam para dar ao céu sua aparência azul.

Animação esquemática de um feixe contínuo de luz sendo disperso por um prisma. Se você tivesse olhos ultravioleta e infravermelho, seria capaz de ver que a luz ultravioleta se curva ainda mais do que a luz violeta/azul, enquanto a luz infravermelha permaneceria menos curvada do que a luz vermelha. (LUCASVB / WIKIMEDIA COMMONS)

Quando passamos a luz solar através de um prisma, podemos ver como ela se divide em seus componentes individuais. A luz de energia mais alta também é a luz de comprimento de onda mais curto (e de alta frequência), enquanto a luz de energia mais baixa tem comprimentos de onda mais longos (e baixas frequências) do que suas contrapartes de alta energia. A razão pela qual a luz se divide é porque o comprimento de onda é a propriedade crítica que determina como a luz interage com a matéria.

Os grandes orifícios do micro-ondas permitem a entrada e saída de luz visível de comprimento de onda curto, mas mantêm a luz de micro-ondas de comprimento de onda mais longo, refletindo-a. Os revestimentos finos dos óculos de sol refletem a luz ultravioleta, violeta e azul, mas permitem que os verdes, amarelos, laranjas e vermelhos de comprimentos de onda mais longos passem. E as minúsculas partículas invisíveis que compõem nossa atmosfera – moléculas como nitrogênio, oxigênio, água, dióxido de carbono, bem como átomos de argônio – espalham luz de todos os comprimentos de onda, mas preferencialmente são mais eficientes em espalhar luz mais azul e de comprimento de onda mais curto.

O espalhamento Rayleigh afeta a luz azul mais severamente do que o vermelho, mas dos comprimentos de onda visíveis, a luz violeta é a mais espalhada. É apenas devido à sensibilidade dos nossos olhos que o céu parece azul e não violeta. As luzes visíveis de comprimento de onda mais longo e de comprimento de onda mais curto experimentam uma diferença no espalhamento Rayleigh por quase uma ordem de magnitude completa.

Há uma razão física por trás disso: todas as moléculas que compõem nossa atmosfera são menores em tamanho do que os vários comprimentos de onda de luz que o olho humano pode ver. Os comprimentos de onda mais próximos dos tamanhos das moléculas presentes se espalharão com mais eficiência; quantitativamente, a lei que obedece é conhecida como dispersão de Rayleigh .

A luz violeta no limite de comprimento de onda curto do que podemos ver se espalha nove vezes mais frequentemente do que a luz vermelha de comprimento de onda longo na outra extremidade de nossa visão. É por isso que, durante o nascer do sol, o pôr do sol e os eclipses lunares, a luz vermelha ainda pode passar eficientemente pela atmosfera, mas os comprimentos de onda mais azuis da luz são praticamente inexistentes, tendo sido preferencialmente espalhados.

Alguns materiais opalescentes, como o mostrado aqui, têm propriedades de espalhamento Rayleigh semelhantes à atmosfera. Com a luz branca iluminando esta pedra do canto superior direito, a própria pedra espalha a luz azul, mas permite que a luz laranja/vermelha passe preferencialmente sem ser detida.

Uma vez que os comprimentos de onda de luz mais azuis são mais fáceis de espalhar, qualquer luz solar direta que chega se tornará mais vermelha e mais vermelha quanto mais atmosfera passar. O restante do céu, no entanto, será iluminado pela luz solar indireta: luz que atinge a atmosfera e depois é redirecionada para seus olhos. A esmagadora maioria dessa luz será azul em comprimento de onda, e é por isso que o céu é azul durante o dia.

Ele só terá um tom mais vermelho se houver atmosfera suficiente para espalhar essa luz azul antes que ela atinja seus olhos. Se o Sol está abaixo do horizonte, toda a luz tem que passar por grandes quantidades de atmosfera. A luz mais azul se dispersa, em todas as direções, enquanto a luz mais vermelha tem muito menos probabilidade de se espalhar, o que significa que ela segue um caminho mais direto para seus olhos. Se você estiver em um avião depois do pôr do sol ou antes do nascer do sol, poderá ter uma vista espetacular desse efeito.

De altitudes muito altas nos céus pré-nascer ou pós-sol, um espectro de cores pode ser visto, causado pela dispersão da luz solar, várias vezes, pela atmosfera. A luz direta, de perto do horizonte, avermelha tremendamente, enquanto longe do Sol, a luz indireta só aparece em azul.

Isso pode explicar por que o pôr do sol, o nascer do sol e os eclipses lunares são vermelhos, mas pode deixar você se perguntando por que o céu parece azul em vez de violeta. De fato, há uma quantidade maior de luz violeta vindo da atmosfera do que a luz azul, mas também há uma mistura de outras cores. Como seus olhos têm três tipos de cones (para detectar cores) neles, juntamente com as hastes monocromáticas, são os sinais de todos os quatro que precisam ser interpretados pelo seu cérebro quando se trata de atribuir uma cor.

Cada tipo de cone, mais os bastonetes, são sensíveis à luz de diferentes comprimentos de onda, mas todos eles são estimulados até certo ponto pelo céu. Nossos olhos respondem mais fortemente aos comprimentos de onda de luz azul, ciano e verde do que ao violeta. Mesmo que haja mais luz violeta, não é suficiente para superar o forte sinal azul que nosso cérebro emite, e é por isso que o céu parece azul aos nossos olhos.

A primeira visão com olhos humanos da Terra subindo sobre o membro da Lua. A descoberta da Terra a partir do espaço, com olhos humanos, continua sendo uma das conquistas mais emblemáticas da história de nossa espécie. A Apollo 8, que ocorreu em dezembro de 1968, foi uma das missões precursoras essenciais para um pouso bem-sucedido na Lua, que comemorará seu 50º aniversário em julho deste ano. Observe que a cor azul da Terra se deve aos oceanos, não à atmosfera. (NASA)

Os oceanos, por outro lado, são uma história totalmente diferente. Se você olhar o planeta como um todo, com uma visão como a que você tem do espaço, você notará que os corpos d'água que temos não são de um azul uniforme, mas variam em sua tonalidade com base no a profundidade da água. As águas mais profundas são de um azul mais escuro; águas mais rasas são de um azul mais claro.

Você notará, se olhar atentamente para uma foto como a abaixo, que as regiões aquosas que margeiam os continentes (ao longo das plataformas continentais) são um tom de azul mais claro e mais ciano do que as profundezas profundas e escuras do oceano.

Os oceanos da Terra podem parecer azuis, mas ao longo das plataformas continentais, eles aparecem em um tom mais claro de azul do que nas partes mais profundas do oceano. Este não é um artefato da forma como a imagem foi construída, mas um fenômeno real que detalha a diferença entre o que é absorvido e refletido pelo próprio oceano em várias profundidades. (NASA / MODIS / PROJETO DE MÁRMORE AZUL)

Se você quiser um conjunto mais direto de evidências de que os próprios oceanos parecem azuis, tente mergulhar abaixo da superfície da água e registrar o que vê. Quando fazemos isso, tirando uma fotografia debaixo d'água em luz natural - ou seja, sem nenhuma fonte de luz artificial - podemos ver imediatamente que tudo assume um tom azulado.

Quanto mais descemos, à medida que alcançamos profundidades de 30 metros, 100 metros, 200 metros e mais, mais azul tudo parece. Isso faz muito sentido quando você lembra que a água, assim como a atmosfera, também é feita de moléculas de tamanho finito: menores do que os comprimentos de onda de qualquer luz que podemos ver. Mas aqui, nas profundezas do oceano, a física da dispersão é um pouco diferente.

Se você descer em um corpo de água e apenas permitir que seus arredores sejam iluminados pela luz solar natural de cima, descobrirá que tudo assume um tom azulado, pois a luz vermelha é a primeira a ter seus comprimentos de onda totalmente absorvidos.

Em vez de espalhar, que é o papel principal da atmosfera quando a luz passa por ela, um líquido como a água absorve principalmente (ou não absorve) a luz. A água, como todas as moléculas, tem preferência pelos comprimentos de onda que pode absorver. Em vez de ter uma dependência direta do comprimento de onda, a água pode absorver mais facilmente a luz infravermelha, a luz ultravioleta e a luz vermelha visível.

Isso significa que, se você descer até uma profundidade modesta, não experimentará muito aquecimento do Sol, estará protegido da radiação UV e as coisas começarão a ficar azuis, à medida que a luz vermelha for retirada. Desça um pouco mais e as laranjas também vão embora.

Em profundidades mais profundas, quando o mar é iluminado pela luz solar natural de cima, não apenas as cores vermelhas, mas também os laranjas e os amarelos começam a desaparecer. Ainda mais abaixo, os verdes também serão absorvidos, deixando apenas a luz azul fraca para ser observada. (DENNIS JARVIS DO FLICKR)

Passado isso, os amarelos, verdes e violetas começam a ser tirados. À medida que descemos para profundidades de vários quilômetros, finalmente a luz azul também desaparece, embora seja a última a fazê-lo.

É por isso que as profundezas oceânicas mais profundas parecem um azul profundo e escuro: porque todos os outros comprimentos de onda são absorvidos. Os azuis mais profundos, únicos entre todos os comprimentos de onda da luz na água, têm a maior probabilidade de serem refletidos e reemitidos. Tal como está, o albedo médio global (o termo técnico para refletividade) do nosso planeta é de 0,30, o que significa que 30% da luz incidente é refletida de volta ao espaço. Mas se a Terra fosse inteiramente oceano de águas profundas, nosso albedo seria de apenas 0,11. O oceano é realmente muito bom em absorver a luz do sol!

Compostos globais de dois hemisférios de dados do Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), obtidos em 2001 e 2002. Observe que são nossos oceanos, e apenas nossos oceanos, que dão ao nosso planeta sua aparência azul do espaço. (NASA)

O céu e o oceano não são azuis por causa dos reflexos; ambos são azuis, mas cada um por sua própria vontade. Se você tirasse nossos oceanos inteiramente, um humano na superfície ainda veria o céu azul, e se você conseguisse tirar nossos céus (mas ainda de alguma forma nos desse água líquida na superfície), nosso planeta ainda pareceria azul.

Para os céus, a luz do sol azul se espalha mais facilmente e chega até nós indiretamente de onde a luz solar atinge a atmosfera como resultado. Para os oceanos, a luz visível de comprimento de onda mais longo é absorvida mais facilmente, então quanto mais fundo eles vão, mais escura é a luz restante. Atmosferas azuis podem ser comuns para planetas, pois Urano e Netuno também as possuem, mas somos os únicos que conhecemos com uma superfície azul. Talvez quando encontrarmos outro mundo com água líquida em sua superfície, não estaremos tão sozinhos em mais de uma maneira!

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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