O espaço é escuro por três motivos que se somam. O universo tem uma idade, 13,8 bilhões de anos, e a luz das estrelas mais distantes ainda não teve tempo de chegar até nós. O espaço está se esticando, e isso estica a luz das galáxias mais longe até uma cor que o olho humano não enxerga. E as estrelas não vivem para sempre. Some tudo e o resultado é uma noite preta com pontinhos, e não uma parede de luz. Se existissem estrelas infinitas brilhando há tempo infinito num universo parado, o céu inteiro seria tão brilhante quanto a superfície do Sol. Ele não é. Esse é o famoso paradoxo de Olbers, e a resposta dele conta a história do universo.
Primeiro: o céu é azul aqui embaixo por causa do ar
Antes de falar do espaço, vale separar duas perguntas que se misturam. De dia, o céu é azul. De noite, é preto. No espaço, é preto o tempo todo, mesmo com o Sol brilhando. Por quê?
O azul é obra da atmosfera. A luz do Sol tem todas as cores misturadas, e as moléculas de ar espalham a luz azul para todos os lados muito mais do que a vermelha. Você olha para qualquer ponto do céu e recebe azul espalhado vindo de lá. É o mesmo motivo de a fumaça de um cigarro parecer azulada contra um fundo escuro.
No espaço não tem ar. Não tem nada para espalhar a luz. Ou o raio de luz vem direto de uma fonte para o seu olho, ou você não vê nada. Por isso os astronautas da Apollo viam um céu preto sobre a Lua em pleno "meio-dia" lunar, e os tripulantes da Estação Espacial veem o preto ao redor da Terra iluminada.
Então "o espaço é preto" tem uma parte fácil: sem ar, não existe céu, só o que está na frente. A parte difícil é a outra: por que o que está na frente não é uma parede de estrelas?
O paradoxo: uma floresta sem fim onde você não vê tronco
Imagine que você está no meio de uma floresta enorme. Se ela for pequena, você enxerga clareiras entre as árvores. Se for infinita, em qualquer direção que olhar, mais cedo ou mais tarde a sua linha de visão bate num tronco. Você ficaria cercado por uma parede de madeira.
Troque árvores por estrelas. Se o universo fosse infinito, tivesse estrelas espalhadas por toda parte e existisse desde sempre, cada linha que saísse do seu olho acabaria batendo na superfície de alguma estrela. Não importaria a distância: uma estrela longe parece menor, mas há muito mais estrelas longe, e as duas coisas se cancelam. Todo o céu, de dia e de noite, teria o brilho da superfície de uma estrela, uns 5.500 °C de luz vindo de todos os lados. A Terra evaporaria.
Em 1823, o médico e astrônomo alemão Heinrich Olbers escreveu sobre o paradoxo com tanta clareza que ele ficou com o nome. E aqui vem uma curiosidade: o escritor Edgar Allan Poe, o mesmo dos contos de terror, chegou perto da resposta certa em 1848, num ensaio chamado Eureka. Ele sugeriu que a luz das estrelas mais distantes simplesmente ainda não tinha chegado. Estava certo.
Resposta 1: o universo tem idade, e a luz tem velocidade
A luz é rápida, mas não é instantânea. Ela anda 300 mil quilômetros por segundo. A da Lua leva pouco mais de um segundo para chegar aqui; a do Sol, oito minutos; a da estrela mais próxima, Proxima Centauri, mais de quatro anos. Se ainda não está claro o que é essa medida, o artigo O que é um ano-luz? A medida do universo com exemplos simples explica com exemplos do dia a dia.
Agora junte isso com um fato que só descobrimos no século 20: o universo não existe desde sempre. Ele tem 13,8 bilhões de anos. Então só pode chegar até nós a luz que teve, no máximo, 13,8 bilhões de anos para viajar. Estrelas e galáxias mais distantes do que isso podem existir, mas a luz delas ainda está no caminho.
Na metáfora da floresta, é como se existisse uma cerca ao redor de você. Você só enxerga as árvores de dentro da cerca, e entre elas há clareiras. Essa cerca é o que os astrônomos chamam de universo observável. Tem um raio de cerca de 46 bilhões de anos-luz (maior que 13,8 bilhões porque o espaço cresceu enquanto a luz viajava), e o que existe além dela é tema de O espaço tem fim? Até onde vai o universo.
Resposta 2: o espaço está esticando a luz
Essa é a parte que Poe não tinha como saber. Desde 1929 sabemos que o universo está em expansão: as galáxias distantes se afastam de nós, e quanto mais longe, mais rápido. O espaço entre elas está crescendo.
Quando o espaço estica, a luz que viaja por ele estica junto. Luz esticada muda de cor: o azul vira vermelho, o vermelho vira infravermelho, o infravermelho vira micro-ondas. É parecido com a sirene de uma ambulância: quando ela se afasta, o som fica mais grave, porque as ondas chegam esticadas. Com a luz acontece o mesmo, e o efeito se chama desvio para o vermelho.
As galáxias mais distantes que o telescópio James Webb enxerga tiveram a luz esticada mais de dez vezes. O que saiu de lá como luz visível chega aqui como infravermelho, invisível para nós. Por isso o Webb foi construído para ver infravermelho, e por isso ele encontra coisas que o Hubble não via, como contamos em As descobertas mais impressionantes do telescópio James Webb.
E aqui está o desfecho mais surpreendente do paradoxo: a parede de luz existe. Ela está lá, em todas as direções, vinda de quando o universo tinha só 380 mil anos e era uma bola de gás quente e brilhante. Só que essa luz foi esticada tanto que hoje chega como micro-ondas, com temperatura de 2,7 graus acima do zero absoluto, cerca de 270 °C negativos. É a radiação cósmica de fundo, descoberta em 1965 por acidente, quando dois engenheiros tentavam eliminar um chiado de uma antena. Se os nossos olhos enxergassem micro-ondas, o céu inteiro brilharia de forma uniforme, exatamente como Olbers previu. Nós é que somos cegos para essa cor.
Resposta 3: as estrelas não vivem para sempre
O último pedaço da resposta é mais simples. Uma estrela é um reator de fusão com combustível limitado. O Sol tem uns 10 bilhões de anos de vida total, e já gastou quase metade; estrelas muito grandes duram só alguns milhões de anos. O que acontece quando o combustível acaba está em O Sol vai explodir? Quando e o que acontece com a gente.
Então, mesmo num universo infinito, nem toda linha de visão terminaria numa estrela acesa. Para o céu brilhar como Olbers imaginou, as estrelas precisariam ter brilhado por tempo suficiente para encher o universo de luz. Não deu tempo.
Por que não aparecem estrelas nas fotos dos astronautas
Essa dúvida rende teoria da conspiração há décadas: "se o espaço tem estrelas, por que as fotos da Apollo e da Estação Espacial mostram um céu preto sem nenhuma?". A resposta está na câmera, não no céu.
Uma foto de um astronauta na Lua, ou da Terra vista da órbita, é feita com a cena iluminada pelo Sol. É tão claro quanto um meio-dia de praia. Para não estourar a imagem, a câmera usa uma exposição rapidíssima, milésimos de segundo. Nesse tempo, a luz fraca das estrelas não chega a marcar o sensor. É a mesma coisa que fotografar um amigo em frente a um estádio iluminado: ele aparece, o estádio aparece, o céu atrás sai preto.
Quando os astronautas querem fotografar estrelas, fazem o contrário: apontam para o lado escuro e deixam a câmera coletar luz por vários segundos. As imagens da Via Láctea sobre a Terra, como a deste artigo, nascem assim.
Quanta luz existe no escuro, afinal
O preto entre as estrelas não é vazio. Em 2004, o Hubble apontou para um pedaço de céu aparentemente sem nada, na constelação da Fornalha, do tamanho de um grão de areia segurado com o braço esticado, e coletou luz durante o equivalente a 11 dias. Apareceram cerca de 10 mil galáxias. Uma versão mais completa, de 2014, é a foto de capa deste artigo. Cada ponto colorido é uma galáxia inteira, com bilhões de estrelas, e o pedaço de céu é tão pequeno que, para cobrir o céu todo, seriam precisos cerca de 13 milhões desses retângulos.
Faça a conta e o universo observável tem no mínimo centenas de bilhões de galáxias; algumas estimativas passam de um trilhão. Ainda assim, toda essa luz somada é um brilho fraquíssimo, milhões de vezes menor que o do céu diurno.
Então, da próxima vez que olhar para o céu numa noite sem Lua, pense nisso: o preto não é ausência. É a soma de um universo jovem demais, grande demais e em expansão rápida demais para encher os nossos olhos de luz. Para testar na prática, procure um lugar sem luz artificial, como os de Turismo astronômico: onde ver o céu mais estrelado do Brasil. Quanto mais escuro o lugar, mais fundo você enxerga no passado.
