Por que o céu é azul ao meio-dia e vermelho no pôr do sol

Você já parou no meio da rua, olhou pra cima e pensou: por que isso é azul? E no fim da tarde, quando o sol parece laranja ou vermelho, a pergunta muda de cor. Não é filtro de celular. Não é "o céu pintado". É luz batendo em ar.

Luz branca que não é branca

A luz do Sol chega misturando várias cores. No olho, essa mistura parece branca. Separada (arco-íris, prisma), você vê o espectro: do vermelho (ondas mais longas) até o azul e o violeta (ondas mais curtas).

A NASA Space Place resume assim, em linguagem bem seca: a luz viaja em ondas; azul tem ondas mais curtas que vermelho; quando a luz encontra moléculas do ar, pode ser espalhada pra todos os lados.

Espalhamento de Rayleigh (o nome chique da bagunça)

O nome técnico que você vai encontrar em textos de ciência é espalhamento de Rayleigh. Em português claro: moléculas de nitrogênio e oxigênio são pequenininhas perto do comprimento de onda da luz visível. Elas "chacoalham" a luz que passa e jogam pedaços dela pra outras direções.

Curto espalha mais. Azul e violeta são espalhados com muito mais força que vermelho e amarelo. A NASA, na página sobre comportamentos das ondas eletromagnéticas, diz exatamente isso: comprimentos curtos (azul e violeta) são espalhados pelo nitrogênio e pelo oxigênio; comprimentos longos (vermelho e amarelo) atravessam melhor a atmosfera.

Quando você olha pra um pedaço qualquer do céu (não direto pro Sol), o que chega no olho é sobretudo essa luz espalhada. Por isso o teto do planeta parece azul.

Então por que não é violeta?

Boa pergunta. Violeta espalha ainda um pouco mais que azul. Só que o Sol manda menos violeta nessa faixa, e o olho humano é mais sensível ao azul do que ao violeta. Resultado: a gente "vê" azul. Scientific American traz essa nuance num texto clássico de Q&A sobre o tema. Não é truque de blog. É física + biologia do olho.

Meio-dia: caminho mais curto

Ao meio-dia o Sol está mais alto (dependendo da estação e da latitude, claro). A luz atravessa uma fatia menor de atmosfera até você. Ainda assim o azul espalhado enche o campo de visão. O Sol no céu continua claro e "branco-amarelado" porque muita luz direta ainda chega sem ter sido toda desviada.

Perto do horizonte o céu costuma ficar mais clarinho, quase esbranquiçado. A Space Place explica: a luz que vem de baixo no céu já passou por mais ar, espalhou e reespalhou azul várias vezes, e ainda mistura reflexão da superfície. As cores se misturam de novo. Menos azul puro. Mais branco.

Pôr do sol: caminho mais longo

Agora o Sol está baixo. A luz precisa atravessar muito mais atmosfera na horizontal. Azul e violeta vão sendo espalhados fora da linha reta que aponta pra você. O que sobra no feixe direto são os comprimentos longos: amarelo, laranja, vermelho.

Por isso o disco solar fica avermelhado e o céu do oeste (ou do leste, no nascer) pega fogo de cor. O UCAR (University Corporation for Atmospheric Research) descreve o mesmo efeito: Sol perto do horizonte = mais atmosfera no caminho = mais espalhamento = céus coloridos.

Poluição, poeira, fumaça de queimada e aerossóis podem reforçar o espetáculo. Partículas extras também espalham azul e deixam passar um vermelho ainda mais "puro". Às vezes fica lindo. Às vezes é só ar sujo fazendo teatro. Os dois podem ser verdade ao mesmo tempo.

Nuvem branca no céu azul

Nuvem não é molécula de ar. É gota d'água bem maior que o comprimento de onda da luz. O espalhamento muda de regime. Azul e vermelho não se separam tanto. Chega luz de várias cores misturadas. Daí a nuvem parecer branca (ou cinza, se estiver grossa e a sombra ganhar).

Se curte óptica do céu, no arquivo tem também como se forma o arco-íris.

E na Lua?

Fotos da Apollo mostram astronauta no chão iluminado e céu preto atrás. Sem atmosfera densa pra espalhar luz, não tem "azul de dia". A Scientific American usa esse contraste de propósito: sem ar, sem céu claro espalhado.

O mito do mar

Tem gente que jura que o céu é azul porque "reflete o oceano". Não cola. No meio do continente, longe de costa, o céu continua azul. Em deserto também. A cor vem do espalhamento no ar acima da sua cabeça, não de um espelho gigante lá embaixo.

Água profunda pode parecer azul por outros motivos (absorção de comprimentos longos). Isso é outra conversa. Misturar as duas coisas é o atalho errado que aparece em conversa de família.

Avião, montanha, cidade suja

De avião, acima de muita nuvem, o céu pode parecer um azul mais escuro e "limpo". Menos ar espalhando entre você e o espaço. Em cidade com muita fuligem, o horizonte às vezes fica leitoso o dia inteiro. Não é que a física mudou. É que entrou mais partícula no meio do caminho.

Depois de erupção vulcânica ou temporada pesada de queimadas, pôr do sol e nascer do sol podem ficar longos, vermelhos, quase teatrais. Aí o aerossol entra de coadjuvante. Lindo de olhar. Ruim de respirar. Os dois fatos cabem na mesma frase.

O que este texto não inventa

Não diz que o céu é azul "porque reflete o mar". (Essa é lenda de conversa de bar.) Não diz que pôr do sol vermelho sempre anuncia chuva. Não transforma Rayleigh em conspiração.

É luz. É ar. É o caminho que o raio faz até o seu olho.

Fontes

• NASA Space Place: Why Is the Sky Blue? - https://www.spaceplace.nasa.gov/blue-sky/en/
• NASA Science: Wave Behaviors (espalhamento) - https://science.nasa.gov/ems/03_behaviors/
• UCAR Center for Science Education: The Appearance of the Sky - https://scied.ucar.edu/learning-zone/atmosphere/appearance-sky
• Scientific American: Why is the sky blue? - https://www.scientificamerican.com/article/why-is-the-sky-blue/

E aí: qual pôr do sol mais absurdo você já viu de verdade, sem filtro? Conta aí (cidade e cor, se lembrar).