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A física por trás do milagre mais corriqueiro do céu — e como esse céu mudou de cor ao longo de 4,5 bilhões de anos de história da Terra
Uma pergunta antiga, duas respostas
A pergunta sobre por que o céu é azul tem uma resposta curta na física e outra mais longa na história da Terra. O céu de hoje é apenas o mais recente dos vários que o planeta já teve, e entre eles houve períodos em que uma névoa alaranjada, parecida com a de Titã, pairava sobre a Terra primitiva.
No final do Arqueano, há mais de 2,5 bilhões de anos, o metano liberado por micróbios alimentava uma névoa orgânica que tingia o céu de laranja. A ascensão do oxigênio pôs fim a esses episódios de névoa.
Esse oxigênio veio de outros organismos microscópicos, que não tinham a intenção de mudar a atmosfera; só queriam se alimentar de luz solar. Por que tudo isso mudou a cor do céu é uma questão de como o ar lida com a luz.
Espalhamento Rayleigh: o mecanismo
A luz do Sol não tem uma única cor. Ela é uma mistura de todos os comprimentos de onda visíveis, do violeta (cerca de 380 nanômetros), passando pelo azul, verde, amarelo e laranja, até o vermelho (cerca de 700 nm), e ainda comprimentos de onda situados além das duas extremidades, que o olho humano não consegue ver. Quando essa luz entra na atmosfera terrestre, encontra as moléculas de nitrogênio e oxigênio que compõem cerca de 99% do ar. Essas moléculas são minúsculas, com cerca de 0,3 a 0,4 nanômetro de diâmetro, aproximadamente mil vezes menores que até o menor comprimento de onda da luz visível.
Quando uma onda eletromagnética encontra uma partícula muito menor que seu comprimento de onda, o campo elétrico oscilante da onda faz as cargas dentro da partícula vibrarem na mesma frequência. A partícula se torna um minúsculo dipolo radiante, que reemite a luz em todas as direções. Esse é o espalhamento Rayleigh, batizado em homenagem ao físico britânico John William Strutt, lorde Rayleigh, que começou a desenvolver a matemática do fenômeno em 1871 e mais tarde confirmou sua base molecular.
O ponto crucial é a dependência do comprimento de onda: a intensidade do espalhamento Rayleigh é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda, de modo que uma diferença modesta no comprimento de onda se converte numa grande diferença no espalhamento. A luz vermelha, com comprimento de onda cerca de 1,5 vez maior que o da luz azul, é espalhada com uma eficiência aproximadamente cinco a seis vezes menor, e o violeta profundo, em 400 nm, é espalhado cerca de dez vezes mais intensamente que o vermelho, em 700 nm. A luz azul é lançada para os lados por todo o céu, enquanto a vermelha e a laranja atravessam, em grande parte, a atmosfera em linha reta até os seus olhos.
É por isso que o céu parece azul: você está olhando para luz espalhada, não para a luz direta do Sol. Em qualquer direção que não seja a do Sol, você vê a extremidade azul do espectro, reirradiada lateralmente por bilhões de moléculas de ar ao longo de toda a coluna atmosférica acima de você.
Cápsula do especialista — Por que não violeta? O Sol e o olho
A luz violeta (comprimento de onda de ~380–420 nm) é espalhada com eficiência ainda maior que a azul pelo espalhamento Rayleigh, já que tem comprimento de onda menor. Então por que o céu parece azul, e não violeta? Parte da resposta está no Sol, que emite menos violeta que azul: seu espectro de emissão tem o pico na faixa azul-esverdeada, de modo que mais luz azul entra na atmosfera desde o início. A atmosfera, por outro lado, não remove o violeta seletivamente de nenhuma forma importante: o ozônio absorve fortemente apenas no ultravioleta, e sua absorção visível, muito mais fraca (a banda de Chappuis), remove preferencialmente os comprimentos de onda mais longos, do laranja ao vermelho — um dos motivos pelos quais o céu do crepúsculo, no alto, pode parecer de um azul ainda mais profundo. O resto fica por conta dos nossos olhos, que são muito menos sensíveis ao violeta que ao azul: os cones de comprimento de onda curto respondem com mais intensidade no azul, e o amplo espectro da luz do céu também estimula os cones sensíveis ao verde e ao vermelho, de modo que o cérebro interpreta a mistura como um azul levemente pálido, e não como violeta.O pôr do sol e o caminho mais longo
O pôr do sol é a mesma física, vista de um ângulo extremo. Quando o Sol está perto do horizonte, sua luz precisa atravessar uma coluna de atmosfera muito mais espessa para chegar aos seus olhos; o comprimento do trajeto chega a dezenas de vezes o valor do meio-dia. Quando a luz finalmente chega, quase todo o azul já foi espalhado pelo caminho, e o vermelho, o laranja e o amarelo passam a dominar. O Sol fica vermelho, e a parte baixa do céu também.
Grandes erupções vulcânicas podem intensificar drasticamente o pôr do sol por meses ou anos, ao carregar a estratosfera de partículas de aerossol de sulfato. Essas partículas são muito maiores que as moléculas de ar e espalham a luz pelo espalhamento Mie, e não pelo espalhamento Rayleigh. O espalhamento Mie é menos seletivo em relação ao comprimento de onda, mas aumenta a extinção dos comprimentos de onda mais curtos e produz vermelhos extraordinários. Acredita-se que a erupção do monte Tambora, na Indonésia, em 1815, explique os céus de um vermelho intenso registrados nas pinturas de J. M. W. Turner nos anos seguintes.
Cápsula do especialista — Espalhamento Rayleigh vs. Mie: por que o tamanho da partícula é tudo
A distinção entre o espalhamento Rayleigh e o espalhamento Mie determina a cor do céu em todo o Sistema Solar. O espalhamento Rayleigh vale quando a partícula é muito menor que o comprimento de onda da luz (~1/10 ou menos): a intensidade do espalhamento varia com λ⁻⁴, o que dá uma cor do céu fortemente dependente do comprimento de onda e puxada para o azul. O espalhamento Mie vale quando o tamanho da partícula se aproxima do comprimento de onda da luz, como acontece com grãos de poeira, gotículas de neblina, aerossóis vulcânicos e as partículas de óxido de ferro da atmosfera marciana. O espalhamento Mie é, em geral, muito menos seletivo em relação ao comprimento de onda: distribui os comprimentos de onda visíveis de forma mais uniforme, e são o tamanho, a forma e as propriedades de absorção das partículas, e não apenas a física do espalhamento, que determinam a cor do céu. Os aerossóis vulcânicos de sulfato, a poeira de óxido de ferro de Marte e a névoa de tolinas de Titã (aglomerados fractais de grãos minúsculos, que exigem um tratamento próprio do espalhamento) se enquadram todos no regime Mie ou quase Mie. O céu azul da Terra é, especificamente, o resultado de uma atmosfera dominada pelo espalhamento Rayleigh — livre de aerossóis grandes e composta principalmente de pequenas moléculas de gás.
A história das cores do céu: 4,5 bilhões de anos
O céu nem sempre teve a aparência de hoje. Seu desvio mais dramático aconteceu no final do Arqueano, quando uma névoa orgânica parecida com a de Titã ia e vinha. O infográfico que acompanha este artigo traça uma versão possível dessa história. As cores atribuídas a cada era são reconstruções artísticas, baseadas no que sabemos sobre a composição da atmosfera e a física do espalhamento, e não observações diretas.
O Hadeano (4,5 – 4,0 Ga): magma, depois água
Quando a Terra se formou, há cerca de 4,54 bilhões de anos, ela não tinha céu em nenhum sentido reconhecível: a superfície era inicialmente um oceano de magma, bombardeado por detritos do Sistema Solar primitivo. Em cerca de 150 milhões de anos, porém, a crosta já havia esfriado o suficiente para que existisse água líquida; cristais de zircão de 4,4 bilhões de anos registram isso. À medida que o planeta esfriava e a liberação de gases vulcânicos formava uma atmosfera, ela era dominada por vapor d’água e dióxido de carbono, com nitrogênio e gases vulcânicos como o dióxido de enxofre, praticamente sem oxigênio livre. Até o Grande Evento de Oxigenação, o oxigênio se manteve abaixo de cerca de 0,001% do nível atual.
Não resta nenhuma evidência direta desse céu; o melhor palpite é um céu leitoso, amarelo-pálido, sob uma atmosfera espessa e carregada de vapor. O dióxido de enxofre vulcânico é convertido pela luz solar em gotículas de aerossol de sulfato, a mesma química por trás das nuvens de Vênus hoje. Essas partículas são muito maiores que as moléculas de gás e espalham a luz no regime Mie; durante os períodos de vulcanismo intenso, elas teriam embranquecido e escurecido o céu, enquanto o vapor e as cinzas teriam aumentado a turvação.
O Eoarqueano e o Paleoarqueano (4,0 – 3,2 Ga): um céu azul sobre um mundo de água
Nessa época, a atmosfera era dominada por nitrogênio e dióxido de carbono, com pouco ou nenhum oxigênio livre. Um céu de nitrogênio e dióxido de carbono espalha a luz solar de modo muito parecido com o nosso (as moléculas de CO₂ espalham ainda mais intensamente que as de N₂), então, onde quer que o ar estivesse livre de névoa espessa, o céu sobre esse jovem mundo de água provavelmente era azul, sem que o oxigênio fosse necessário.
O Mesoarqueano e o Neoarqueano (3,2 – 2,5 Ga): episódios alaranjados — uma névoa viva
A vida aparece no registro geológico há pelo menos 3,5 bilhões de anos. Os primeiros organismos eram anaeróbios. Os micróbios produtores de metano (metanogênicos) já estavam ativos há pelo menos 3,46 bilhões de anos, liberando metano como subproduto do metabolismo. À medida que esses organismos se espalharam, o metano se acumulou na atmosfera até uma concentração estimada de 100 a 1.000 partes por milhão. Quando o metano chegou a cerca de um décimo do nível de dióxido de carbono, a luz ultravioleta do Sol passou a quebrá-lo em fragmentos reativos que se polimerizavam em partículas complexas de aerossol orgânico, muitas vezes chamadas de tolinas: o mesmo tipo de névoa marrom-avermelhada que dá a Titã, a lua de Saturno, a sua cor atual. O registro geoquímico mostra essa névoa surgindo e desaparecendo, em vez de pairar continuamente. Os intervalos de névoa mais bem documentados ficam entre cerca de 2,7 e 2,5 bilhões de anos atrás; registros de isótopos de enxofre sugerem um intervalo anterior, por volta de 2,9 bilhões de anos atrás, e alguns modelos estendem a era da névoa até cerca de 3,2 bilhões de anos atrás.
Essa névoa orgânica absorve com eficiência a luz de comprimento de onda curto, abaixo de cerca de 500 nm, retirando do céu a maior parte do azul e do violeta e deixando sobretudo os comprimentos de onda mais longos, de tons mais quentes. Durante cada episódio de névoa, o céu ficava laranja. Entre esses episódios, o céu voltava a ser azul e, por volta de 2,7 bilhões de anos atrás, provavelmente de um azul mais profundo e mais escuro que o nosso: bolhas de gás aprisionadas em derrames de lava de 2,7 bilhões de anos, extravasados ao nível do mar, mostram que a pressão do ar era menos da metade da atual, e um ar mais rarefeito espalha menos luz, o que deixa o céu acima mais escuro e mais saturado. A atmosfera de nitrogênio e metano de Titã, com suas tolinas abundantes, é o análogo vivo mais próximo do céu do final do Arqueano durante esses episódios. Modelos de computador que acoplam o clima, a química atmosférica e a física das partículas de névoa mostram que uma névoa de hidrocarbonetos desse tipo resfria a superfície em cerca de 20 °C, mas ainda é compatível com água líquida na superfície, mesmo sob o Sol jovem mais fraco, que brilhava com cerca de 80% de sua luminosidade atual no final do Arqueano.
Cápsula do especialista — O paradoxo do Sol jovem fraco e a estufa de metano
Há 4 bilhões de anos, o Sol tinha cerca de 70–75% da luminosidade atual, uma consequência bem estabelecida da evolução estelar. Por um simples balanço radiativo, isso deveria ter deixado a Terra primitiva bem abaixo do ponto de congelamento. No entanto, as evidências geológicas são inequívocas: havia água líquida na superfície durante todo o Arqueano. A principal explicação é um poderoso efeito estufa causado pelo CO₂ e pelos altos níveis de metano produzidos pelos metanogênicos. O gás metano teria acrescentado aquecimento de estufa, enquanto a névoa orgânica que ele alimentava compensava parte desse aquecimento ao sombrear a superfície. Sob ela, a água líquida na superfície ainda era possível. A perda de metano com a ascensão do oxigênio é uma das principais suspeitas por trás das glaciações do Paleoproterozoico (incluindo as registradas nas rochas huronianas do Canadá), que começaram há cerca de 2,45 bilhões de anos. Essas não foram as primeiras eras glaciais do planeta, já que depósitos glaciais de cerca de 2,9 bilhões de anos são conhecidos na África do Sul, mas estiveram entre as mais severas.O Grande Evento de Oxigenação (~2,4 Ga)
Por volta de 2,46 a 2,43 bilhões de anos atrás, a Terra cruzou o limiar que os geólogos chamam de Grande Evento de Oxigenação (GOE, na sigla em inglês). As cianobactérias, os primeiros organismos capazes de fazer fotossíntese oxigênica, quebram moléculas de água e liberam O₂ como subproduto. O oxigênio livre que elas liberavam começou a se acumular na atmosfera, no início de forma instável, com oscilações por cerca de 200 milhões de anos, até se tornar uma presença permanente, por volta de 2,2 bilhões de anos atrás.
O efeito sobre a névoa foi decisivo. O oxigênio reagiu com o metano atmosférico e interrompeu a química que alimentava os recorrentes episódios de névoa alaranjada. Em seu lugar surgiu um céu azul muito parecido com o nosso, porque o espalhamento Rayleigh precisa apenas de moléculas de nitrogênio e dióxido de carbono, não de oxigênio. O próprio oxigênio continuou escasso por muito tempo depois disso: durante o “bilhão chato” do Proterozoico médio, ele se manteve em apenas uma pequena fração do nível atual.
Organismos unicelulares microscópicos, extraindo energia da luz solar e da água, ajudaram a limpar a névoa do céu. O oxigênio que produziam também mudou a química dos oceanos. Alterou os habitats microbianos e colocou em desvantagem os organismos sensíveis ao oxigênio, embora extensos ambientes sem oxigênio tenham persistido, e a vida anaeróbia ainda prospere neles hoje. No longo prazo, todos os organismos multicelulares complexos dependeriam dele.
O Paleoproterozoico (2,5 – 1,6 Ga): céus sem névoa
Desaparecida a névoa de metano, o céu teria sido azul. Havia oxigênio, mas só uma fração do nível atual. Como o oxigênio responde por apenas uma pequena parte do espalhamento do ar, sua escassez faria pouca diferença na cor do céu; diferenças na pressão total do ar, na umidade e na poeira teriam pesado mais.
O “bilhão chato” (1,8 – 0,8 Ga): azul constante
O período de cerca de 1,8 a 0,8 bilhão de anos atrás costuma ser chamado pelos geólogos de “bilhão chato”: uma época de relativa estabilidade ambiental e de inovação biológica lenta, com oxigênio baixo. Quão baixo exatamente ainda é tema de debate, com estimativas que vão de menos de 0,1% a vários por cento do nível atual. Um observador humano transportado para essa era veria um céu azul familiar e não conseguiria respirar debaixo dele.
O final do Neoproterozoico e o Cambriano (800 – 487 Ma): rumo ao moderno
O oxigênio subiu, provavelmente em etapas, ao longo do final do Neoproterozoico, à medida que surgia a vida multicelular complexa. As glaciações da Terra Bola de Neve desse período, aproximadamente entre 720 e 635 milhões de anos atrás, cobriram de gelo grande parte do planeta. Na época da explosão cambriana, por volta de 539 milhões de anos atrás, o oxigênio já havia aumentado substancialmente (a reconstrução do modelo de referência o situa em 15–20% no Cambriano e no Ordoviciano, embora reconstruções mais recentes sugiram uma subida mais tardia), e o céu era muito parecido com o de hoje.
Cápsula do especialista — O oxigênio muda a cor do céu?
Surpreendentemente pouco. O espalhamento Rayleigh depende do número de moléculas de gás e da facilidade com que suas nuvens eletrônicas se deformam, uma propriedade chamada polarizabilidade. O oxigênio é um pouco menos polarizável que o nitrogênio, e o dióxido de carbono, mais, de modo que trocar parte do nitrogênio por oxigênio quase não altera o espalhamento. Como mudar apenas as proporções de oxigênio e nitrogênio afetaria o espalhamento só modestamente, o pico de oxigênio do Permo-Carbonífero (cerca de 30% na reconstrução do modelo de referência) não deixou o azul mais profundo. Se o oxigênio extra elevou a pressão total do ar, o espalhamento adicional teria deixado o céu um pouco mais claro, com um horizonte um pouco mais esbranquiçado, mas, no alto, o céu era essencialmente do mesmo azul de hoje.O Carbonífero e o Permiano (359 – 252 Ma): o pico de oxigênio
Os níveis de oxigênio durante os períodos Carbonífero e Permiano, aproximadamente entre 310 e 260 milhões de anos atrás, estiveram entre os mais altos já reconstruídos para os últimos 540 milhões de anos. À medida que evoluíam as grandes plantas terrestres vasculares lenhosas, as florestas formadoras de carvão do Carbonífero enterraram enormes quantidades de carbono orgânico, reduzindo o CO₂ e elevando o oxigênio atmosférico. O modelo do geoquímico Robert Berner, amplamente utilizado, calcula um pico de oxigênio de cerca de 30% no Permiano, embora modelos mais recentes divirjam nos detalhes. As camadas de carvão que movimentaram a Revolução Industrial são os restos comprimidos e fossilizados dessas florestas.
Um nível de oxigênio cerca de 40% acima do atual não deixou o céu de um azul mais profundo, mas deixou sua marca na vida em terra firme. O ar rico em oxigênio está associado aos artrópodes gigantes do período: os meganissópteros, como a Meganeura (parentes das libélulas), com envergadura de até cerca de 70 centímetros, cuja respiração traqueal funciona melhor em ar rico em oxigênio. Essa ligação ainda é debatida, porém: o gigantesco Arthropleura, aparentado com os piolhos-de-cobra e com até cerca de 2,6 metros de comprimento, já tinha atingido seu enorme tamanho antes do pico de oxigênio. A extinção em massa do fim do Permiano, há 252 milhões de anos, a mais severa da história da Terra, eliminou a grande maioria das espécies marinhas, cerca de 81% segundo uma estimativa recente. Ela coincidiu, no modelo de Berner, com uma queda acentuada do oxigênio atmosférico.
O Mesozoico e o Cenozoico (252 Ma – hoje): o azul familiar
Depois da extinção do Permiano, o oxigênio permaneceu baixo durante grande parte do Triássico e do Jurássico, caindo para cerca de 12% no Triássico na reconstrução de Berner, e depois subiu de forma mais ou menos constante ao longo do restante da era dos dinossauros e até o presente, sem jamais voltar ao pico do final do Paleozoico. Durante todo esse tempo, o céu era reconhecidamente azul; as oscilações de oxigênio, por si sós, teriam tido pouco efeito sobre sua cor. Há 66 milhões de anos, quando o impacto de Chicxulub encerrou o Cretáceo, o oxigênio já se aproximava do valor moderno e, ao longo do Cenozoico, manteve-se próximo do nível atual: cerca de 78% de nitrogênio e 21% de oxigênio; o restante é, em sua maior parte, argônio, com um pouco de dióxido de carbono.
Outros céus: o que o Universo oferece
A variedade de cores do céu nos planetas e luas que visitamos, ou que podemos estimar a partir de dados atmosféricos, mostra que o azul da Terra é um resultado entre muitos, definido pelo que compõe o ar, pelo tamanho de suas partículas e pelo que a estrela emite. Os casos mais instrutivos vão das medições diretas em Marte, Titã e Vênus aos céus mais especulativos de exoplanetas.
Marte: dias cor de caramelo, pores do sol azuis
Marte é o caso invertido mais instrutivo. A atmosfera marciana é composta de aproximadamente 95% de CO₂, mas a pressão na superfície é de apenas cerca de 0,6% da terrestre, o que torna desprezível o espalhamento Rayleigh pelas moléculas de gás. Em vez disso, o céu é moldado por uma poeira fina, rica em óxido de ferro, com mais ou menos a consistência do talco; suas partículas têm tipicamente cerca de 1,5 mícron de raio. Sob a fraca gravidade marciana, ventos e tempestades de poeira a mantêm continuamente levantada, transportada e redepositada. Essas partículas absorvem com eficiência a luz azul e a verde, enquanto espalham de forma mais uniforme os comprimentos de onda mais longos, produzindo o céu entre o caramelo amarelado e o rosa alaranjado que os jipes-robôs em Marte vêm medindo de forma consistente.
No pôr do sol, a geometria se inverte. Como o espalhamento Mie pelas partículas de poeira se dá sobretudo para a frente, a luz azul espalhada se concentra perto do disco solar, produzindo um brilho azul característico cercado pelo céu avermelhado. Marte tem pores do sol azuis e dias alaranjados: exatamente o oposto da Terra. Essa inversão foi fotografada diretamente pelos jipes-robôs Opportunity, Spirit e Curiosity.
Cápsula do especialista — Se Marte não tivesse poeira
Se toda a poeira fosse removida, a física do espalhamento sugere que o céu marciano seria de um azul profundo e escuro, mais escuro que o céu terrestre em grandes altitudes, porque a atmosfera rarefeita oferece pouquíssimas moléculas para espalhar a luz solar. O Sol apareceria como um disco nítido e brilhante.Titã: o arquivo vivo do céu arqueano da Terra
Titã, a lua de Saturno, é o análogo observacional mais direto da atmosfera da Terra no final do Arqueano disponível no Sistema Solar. Sua atmosfera tem cerca de 95–98% de nitrogênio, com o metano respondendo por cerca de 1,5% na estratosfera e por cerca de 5% perto da superfície. É mais ou menos a mistura reconstruída para o ar da Terra antes do GOE, embora Titã seja muito mais fria e receba muito menos luz solar. Na alta atmosfera de Titã, a luz ultravioleta quebra o metano e produz continuamente partículas de névoa de tolinas: a mesma classe de moléculas orgânicas complexas modelada para a Terra arqueana.
O resultado, medido diretamente pela sonda Huygens durante sua descida pela atmosfera de Titã em 2005, é um céu dominado pelo espalhamento Mie na névoa de tolinas em várias camadas, formada por partículas agregadas fractais e que se estende desde a superfície até várias centenas de quilômetros de altitude, com uma camada destacada perto dos 500 km. O céu é aproximadamente 100 a 1.000 vezes mais escuro que uma tarde na Terra e uniformemente laranja-escuro em todas as direções. Modelos de transferência radiativa preveem que os pores do sol em Titã são “eventos decepcionantes” nos comprimentos de onda visíveis: o Sol se apaga enquanto ainda está bem acima do horizonte, e a luz diminui apenas lentamente, num crepúsculo longo e difuso. A missão Dragonfly, um helicóptero-robô com chegada a Titã prevista para cerca de 2034, vai estudar essa química diretamente.
Vênus: laranja-amarelado e sombrio sob nuvens sulfúricas
Vênus tem uma atmosfera com cerca de 90 vezes a pressão da superfície terrestre, composta quase inteiramente de CO₂, com nuvens espessas de gotículas de ácido sulfúrico entre 45 e 70 km de altitude. Apenas cerca de 2,6% da luz solar que chega ao topo da atmosfera de Vênus alcança a superfície. Imagens dos módulos de pouso das sondas soviéticas Venera mostram um céu que parece de um laranja mortiço a um marrom-amarelado na superfície. Até chegar lá, a luz atravessou as nuvens espessas, cujas camadas superiores contêm um absorvedor ainda não identificado, e a densa atmosfera de dióxido de carbono abaixo delas, que juntas retiram a luz azul e a violeta e deixam passar até o solo principalmente os comprimentos de onda mais longos. A própria superfície, iluminada por essa luz filtrada, aparece nas imagens das Venera como rocha laranja-avermelhada sob um céu perpetuamente quente e enevoado. Em alguns aspectos, Vênus, com seu ar dominado por CO₂, sua química do enxofre e seus aerossóis de sulfato, oferece uma ilustração quente e de alta pressão de processos que também podem ter atuado na Terra muito primitiva.
Exoplanetas: uma paleta completa
Fora do Sistema Solar, a cor do céu depende de tantas variáveis que praticamente qualquer cor é fisicamente plausível. O espectro de emissão da estrela hospedeira é um fator primordial. Uma estrela anã M fria emite principalmente luz vermelha e infravermelha, com relativamente pouco azul; assim, um planeta em órbita de uma delas teria um céu com cor deslocada para comprimentos de onda mais longos em comparação com o nosso, mesmo com uma atmosfera de nitrogênio e oxigênio parecida com a da Terra: há menos luz estelar azul para espalhar. A pressão atmosférica também conta: uma atmosfera muito espessa espalha a luz tantas vezes que o céu fica mais claro e mais pálido, enquanto uma atmosfera rarefeita o deixa escuro.
HD 189733b, um júpiter quente a cerca de 63 anos-luz de distância, parece azul-escuro na luz refletida, embora não por causa do espalhamento Rayleigh pelo gás. Acredita-se que seu azul venha de uma atmosfera enevoada, salpicada de partículas de silicato (na prática, minúsculos grãos de vidro), que espalham a luz azul, enquanto o sódio absorve boa parte do vermelho. Seu lado diurno passa bem de 1.000 °C, e seus ventos passam de 8.000 km/h; o azul, portanto, não diz nada sobre a possibilidade de algo viver ali.
Cápsula do especialista — O que seria necessário para um céu verde?
A luz verde (~520–560 nm) fica no meio do espectro visível: é espalhada com menos eficiência que a azul pelo espalhamento Rayleigh, mas com mais eficiência que a vermelha. Um céu dominado pelo verde é praticamente impossível apenas por espalhamento Rayleigh, porque qualquer atmosfera que espalhasse preferencialmente o verde espalharia o azul e o violeta com ainda mais intensidade, e esses comprimentos de onda mais curtos dominariam. Céus verdes são possíveis, mas exigem uma combinação incomum de iluminação, espalhamento e absorção. Depois de algumas grandes erupções vulcânicas, partículas de sulfato estratosféricas do tamanho certo produziram crepúsculos verdes ao combinar espalhamento anômalo com o longo trajeto da luz no crepúsculo e com a absorção do ozônio na banda de Chappuis. No espalhamento anômalo, em parte do espectro visível, o espalhamento das partículas aumenta com o comprimento de onda, o inverso do espalhamento Rayleigh. O espalhamento Rayleigh comum, em ar limpo e sob a luz do Sol, não consegue produzir um céu diurno verde.O azul que herdamos
Outros mundos têm outros céus. O azul límpido da Terra é o que restou depois de uma cadeia de acontecimentos: a origem da fotossíntese oxigênica, o Grande Evento de Oxigenação e o desaparecimento da névoa de metano que, de tempos em tempos, havia encoberto o jovem planeta. O azul lá no alto é física e também um céu mantido livre da névoa de metano pelo oxigênio que as cianobactérias liberam.
Lorde Rayleigh desvendou a física em 1871. As cianobactérias, que desenvolveram a fotossíntese produtora de oxigênio ainda no Arqueano, tinham começado a limpar o céu muito antes: o oxigênio que liberavam passou a se acumular no ar há cerca de 2,4 bilhões de anos.
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Mídia
Dez júpiteres quentes, de limpos a nublados – NASA
Principais fontes e referências
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