O céu é azul porque as moléculas do ar espalham a luz azul do Sol para todos os lados, muito mais do que espalham a luz vermelha. A luz do Sol é branca, uma mistura de todas as cores. Ao atravessar a atmosfera, a parte azul bate nas moléculas de nitrogênio e oxigênio e é rebatida em todas as direções; a parte vermelha passa quase reta. Então, para qualquer ponto do céu que você olhe, chega luz azul espalhada vinda de lá. É a mesma física que faz o pôr do sol ficar laranja, a Lua nascer alaranjada e o céu da Lua ser preto em pleno dia. Este artigo explica cada uma dessas coisas com o mesmo mecanismo.
A luz branca é uma mistura
Primeiro, um fato que Newton descobriu em 1666 com um prisma: a luz do Sol parece branca, mas é a soma de todas as cores do arco-íris. Cada cor é uma onda de tamanho diferente. O vermelho tem ondas mais compridas; o azul e o violeta, ondas mais curtas, quase a metade do vermelho.
Agora a atmosfera. Ela é feita de moléculas minúsculas, milhares de vezes menores que o comprimento de uma onda de luz. Quando a luz encontra uma partícula assim, uma parte dela é desviada, "espalhada", e o quanto é espalhado depende muito do tamanho da onda. A regra, descoberta pelo físico inglês Lord Rayleigh em 1871, é brutal: a luz azul é espalhada cerca de cinco vezes mais que a vermelha. Uma onda com metade do comprimento é espalhada 16 vezes mais.
Pense numa multidão de bolinhas de pingue-pongue e bolas de boliche rolando por uma sala cheia de pedras pequenas. As de boliche seguem reto; as de pingue-pongue batem em tudo e vão parar em qualquer canto. A luz azul é o pingue-pongue.
Então por que azul, e não violeta?
Se a onda mais curta é espalhada mais, o céu devia ser violeta, que tem onda menor que o azul. Três coisas impedem isso. O Sol emite menos luz violeta do que azul. Uma parte do violeta é absorvida na alta atmosfera, pelo ozônio. E, o mais importante, o olho humano enxerga violeta muito mal: os nossos sensores de cor são mais sensíveis ao azul e ao verde. O céu, na verdade, é uma mistura de violeta, azul e um pouco de verde; o cérebro soma tudo e chama de azul-claro.
Isso explica também por que o céu perto do horizonte é mais pálido do que no alto. Olhando para o horizonte, a luz atravessa muito mais ar até chegar ao olho, é espalhada várias vezes, e as cores se misturam de novo até quase o branco. Olhando para cima, o caminho é curto e o azul chega mais puro. Em avião, a 10 km de altura, o céu já é azul-escuro, e da órbita, como na foto de capa, o azul vira uma faixa fina sobre o preto do espaço.
O pôr do sol laranja: a mesma regra, ao contrário
Ao meio-dia, a luz do Sol atravessa a atmosfera de cima para baixo, o caminho mais curto possível. No fim da tarde, o Sol está no horizonte e a luz dele chega de raspão, atravessando até 40 vezes mais ar antes de chegar até você.
Nesse caminho comprido, o azul é espalhado tantas vezes que praticamente não sobra: foi todo desviado para os lados, para iluminar o céu de outras regiões. O que chega direto do Sol é o que não foi espalhado, o vermelho, o laranja e o amarelo. Por isso o disco do Sol fica alaranjado, e as nuvens perto do horizonte, iluminadas por essa luz filtrada, ficam vermelhas e douradas.
O mesmo vale para a Lua. Quando ela nasce, grande e alaranjada, não é porque mudou de cor: a luz dela também está atravessando o ar de raspão. Uma hora depois, mais alta, ela volta a ser branca. A explicação de por que ela parece maior perto do horizonte, e o que muda de verdade nas superluas, está em Superluas de 2026: datas e por que a Lua fica gigante. E a Lua vermelha durante o eclipse é outro capítulo da mesma história: a atmosfera da Terra filtra a luz do Sol e manda para a Lua só o vermelho, como conta Por que a Lua fica vermelha durante o eclipse?.
Por que as queimadas deixam o pôr do sol mais vermelho
Todo ano, entre agosto e outubro, o céu de boa parte do Brasil fica esbranquiçado e o pôr do sol, vermelho-sangue. É a fumaça das queimadas no Cerrado e na Amazônia. A fumaça é feita de partículas muito maiores que as moléculas do ar, e partículas grandes espalham todas as cores por igual; é por isso que a fumaça e as nuvens são brancas ou cinzas, e não azuis.
Com muita fumaça, o céu perde o azul e vira branco-leitoso durante o dia. No pôr do sol, a fumaça se soma ao ar e filtra ainda mais a luz, deixando só o vermelho mais profundo. Vulcões fazem o mesmo em escala mundial: depois da erupção do Krakatoa, em 1883, o mundo inteiro teve pores do sol vermelhos por anos, e há quem diga que o céu do quadro O Grito, de Munch, pintado uma década depois, é um deles.
Partícula grande, luz branca; partícula pequena, luz azul. Essa é a regra. E ela explica mais uma coisa do dia a dia: a fumaça fina de um cigarro ou de um escapamento parece azulada contra um fundo escuro, porque as partículas são pequenas o bastante para espalhar o azul, como o ar.
O mar é azul pelo mesmo motivo?
Só em parte. Uma fração do azul do mar é o reflexo do céu: em dia nublado, o mar fica cinza. Mas a água tem um azul próprio. Ela absorve a luz vermelha um pouco mais do que a azul; num copo isso não se nota, mas em vários metros de profundidade o vermelho some e sobra o azul. É por isso que fotos de mergulho a 20 metros saem azuladas e os mergulhadores levam lanterna para ver as cores dos peixes. Piscina funda é azul mesmo com azulejo branco.
Em outros mundos, o céu tem outra cor
A cor do céu depende do que há no ar, e por isso cada mundo tem a sua. Na Lua, não há ar: nada espalha a luz, e o céu é preto em pleno dia, com o Sol brilhando e as estrelas visíveis ao lado dele. É o que os astronautas da Apollo viram, e é o mesmo motivo de o espaço ser escuro, explicado em Por que o espaço é escuro se existem bilhões de estrelas?.
Em Marte, o ar é fino e cheio de poeira avermelhada, com partículas grandes o bastante para espalhar a luz de outro jeito. O céu marciano durante o dia é cor de caramelo, e o pôr do sol é o inverso do nosso: azulado em volta do Sol, como os rovers da NASA já fotografaram. Em Titã, a lua de Saturno, a névoa alaranjada deixa tudo laranja. Em Vênus, as nuvens de ácido sulfúrico fazem um céu amarelo-esbranquiçado permanente.
O nosso azul, portanto, não é a cor "natural" do céu. É a assinatura de uma atmosfera de nitrogênio e oxigênio, limpa o bastante para as moléculas fazerem o trabalho, e é uma das primeiras coisas que os astrônomos procuram na luz de planetas de outras estrelas, como conta Os planetas mais parecidos com a Terra já descobertos.
A mesma física que faz as estrelas piscarem
Um último parente da família. O ar não só espalha a luz; ele também a desvia quando muda de temperatura e densidade, e é isso que faz as estrelas piscarem e o Sol parecer achatado no horizonte. O espalhamento dá a cor; a refração dá o tremor. Os dois juntos são o motivo de os grandes telescópios ficarem em montanhas secas ou no espaço, e estão explicados em Por que as estrelas piscam?.
Da próxima vez que olhar para o céu azul, lembre: você está vendo luz do Sol que ia passar direto e foi desviada pelas moléculas do ar até o seu olho. O céu inteiro é um espelho azul feito de nitrogênio.
