Por que o céu é azul?

Durante o dia, cerca de metade do nosso espaço visual é ocupado pelo céu. Em contraste com a multiplicidade de formas e cores da paisagem terrestre, a uniformidade do azul do céu destaca-se. Apesar de nem sempre ser azul, essa é a cor predominante que vemos. Para outros animais, como algumas aves e insectos, com capacidades de captação de cores¹ muitos superiores às nossas, não é assim que o conhecem².

Mas se o espectro da luz tem diversas cores, porque vemos mais o azul?

O ar não é uma entidade neutra, é matéria e interfere na forma como a cor chega ao nosso cérebro. Se olhar para uma paisagem, quanto mais distante estiver algo, mais azulado parece. Este facto foi detectado por Leonardo da Vinci (1452–1519), que o nomeou “Perspectiva Aérea”. Da Vinci também deduziu que o céu deveria ser azul por causa da interferência da luz solar, visto que à noite o céu não é azul, mas não avançou a explicação.

Cerca de dois séculos depois, Isaac Newton (1642–1727) descobriu, com a sua famosa experiência do prisma, que a luz não é uma entidade singular, mas antes composta por diversas cores. Na realidade são frequências (número de oscilações de onda, medidas em Hertz - Hz) com diversos comprimentos de onda (distância entre picos da onda, medidos em Lambda - λ) . Finalmente, no século XVIII, o cientista John William Strutt, mais conhecido como “Lord Rayleigh” (1842–1919), conseguiu explicar que a cor do céu é o resultado da difusão da luz no ar e partículas aí presentes.

Quer na experiência do prisma de Newton, quer na atmosfera, o que acontece é que os comprimentos de onda da luz ao passarem do vácuo para a atmosfera e atravessarem os átomos, perdem velocidade e sofrem alterações de trajectória, efeito a que se chama “refração”3. Para além dos átomos de ar, a atmosfera contém outros gases, poeiras e gotículas de água que acentuam o efeito.

Com a perda de velocidade — a refração, os comprimentos de onda são afectados: quanto menor o comprimento de onda, maior perda de velocidade. O violeta é o menor comprimento de onda e o mais afectado. A consequência disto, é que a luz branca (que não é branca mas amarelada), é resultado dos comprimentos de onda mais altos, pois predominam os comprimentos de onda amarelos, laranja e vermelhos.

Na realidade, deveríamos ver céu violeta, mas não conseguimos por causa do sistema visual humano. Os nossos olhos têm três tipos de células chamadas “cones” que convertem em cor os comprimentos de onda: altos, médios e baixos. Os cones que detectam os comprimentos de onda baixos, são muito bons a detectar uma ampla gama de azuis, mas não alcançam bem as muito baixas frequências violetas. Logo, vemos predominantemente o azul.

Conseguimos ver outras cores no céu devido a outros factores: movimento da terra, condições climatéricas, latitude a que nos encontramos e poluição. Estes factores fazem variar o ângulo de incidência da luz e possibilita outras cores, por exemplo; pelo entardecer e pela aurora. Na maior parte do dia, o céu é para nós, monótona mas felizmente, azul.

Notas

¹ Para mais explicações sobre o sistema visual humano, veja este artigo.
² Há aves e insectos com mais do que os 3 tipos de sensores de cores do que os humanos. Várias aves têm 4 tipos de células foto-receptoras, uma delas capaz de identificar o ultravioleta. Algumas serpentes conseguem o oposto, e têm células que captam as frequências infravermelhas. Há crustáceos e insectos que podem ter até 15 tipo de células foto-receptoras, que lhes possibilita ver um mundo com cores inimagináveis.
³ Este efeito também acontece quando a luz atravessa água, vidro, etc.