Por que o céu é azul? Como o cientista John Tyndall descobriu a resposta com instrumentos simples
Tyndall era um entusiasta de alpinismo e passou muito tempo nos Alpes, escalando e pesquisando. Esse interesse pela natureza o levou a diversos descobertas, inclusive o motivo por que o céu é azul durante o dia e fica avermelhado ao entardecer.
Por que o céu é azul? A explicação por trás do fenômeno vem da forma como a luz se espalha pelas moléculas na atmosfera. É a luz azul — que tem o comprimento mais curto — que se espalha mais por essas pequenas partículas, o que leva à coloração azulada que observamos.
Ao longo da história, muitos cientistas buscaram compreender como a natureza funciona. Diversos pesquisadores se debruçaram sobre as razões por trás de questões bastante elementares, como essa, da coloração do céu.
Em sua forma mais pura, trata-se apenas disso: do desejo de entender, sem ter como prioridade que as descobertas sejam rentáveis ou aplicáveis amplamente. Essa abordagem dada à ciência se chama "pesquisa motivada pela curiosidade".
Um dos melhores exemplos de quem seguiu essa linha foi o físico irlandês John Tyndall (1820-1893).
Tyndall era um entusiasta de escaladas e passava muito tempo na região dos Alpes. Frequentemente, fazia uma pausa ao entardecer, já que o pôr do sol e sua magnífica gama de cores o deixavam encantado.
Por isso, se propôs a compreender o fenômeno e inspirou gerações de cientistas a realizar esse tipo de pesquisa.
O motivo por trás da beleza
A curiosidade ilimitada e o interesse pela natureza levaram Tyndall a explorar uma ampla gama de temas e fazer descobertas-chave para a ciência.
Foi ele quem, por exemplo, demonstrou pela primeira vez que os gases na atmosfera absorviam calor em níveis diferentes. Isso permitiu entender a base molecular do efeito estufa.
Em busca de respostas para suas perguntas, ele construiu diversos instrumentos para seus experimentos. Alguns deles eram muito sofisticados e requeriam, também, profunda compreensão teórica e destreza.
Entretanto, quando quis saber por que o céu é azul durante o dia e por que fica avermelhado ao entardecer, os instrumentos usados foram simples.
Tyndall utilizou um tubo de vidro para simular o céu e uma luz branca para imitar a luz solar.
Descobriu que, quando enchia gradualmente o tubo de fumaça, o feixe de luz parecia ser azul em um lado e, no outro extremo, ficava vermelho.
Assim, ele cogitou que a cor do céu fosse resultado de como a luz do sol se dispersa pelas partículas presentes na atmosfera — o que ficou conhecido como Efeito Tyndall.
'O céu em uma caixa'
O procedimento usado por Tyndall começou com um tanque de vidro cheio de água, no qual foram despejadas algumas gotas de leite.
O leite serviu para introduzir algumas partículas no líquido. Uma vez feita a mistura simples, o cientista acendeu uma luz branca em um dos extremos do tanque.
Imediatamente, viu que o tanque se iluminava com cores diferentes. O experimento fascinou Tyndall, que descreveu o resultado como "o céu em uma caixa".
Isso porque, em um lado do tanque, a solução ficou azul. À medida em que se aproximava do outro extremo, ficava mais amarela, até chegar ao laranja, como no entardecer.
Arco-íris
Tyndall sabia que a luz branca era composta por todas as cores do arco-íris. Pensou que a explicação para o fenômeno, que tanto o deslumbrava, era que a luz azul teria uma maior probabilidade de repelir e dispersar as partículas de leite na água.
Agora sabemos que isso se deve ao fato de que a luz azul tem um comprimento de onda mais curto que o de outras cores de luz visível. Isso significa que a luz azul é a primeira a se dispersar por todo o líquido.
É por isso que a parte mais próxima à fonte de luz ficava azulada. E isso também explica por que o céu é azul: porque essa luz tem uma maior probabilidade de se dispersar pela atmosfera.
Mas o experimento do tanque também explica as outras cores do entardecer.
O que há por trás do pôr do sol
À medida em que a luz penetra mais profundamente na água leitosa, todos os comprimentos de onda mais curtos se dispersam. Restam assim apenas os comprimentos de onda mais longa, laranja e vermelho.
Então, a água fica progressivamente mais alaranjada e, se o tanque for grande o suficiente, vermelha.
É o mesmo que ocorre com o céu.
À medida que o sol se põe, cada vez mais baixo, sua luz tem de viajar por uma camada mais espessa de atmosfera. Com isso, as ondas azuis com comprimentos mais curtos dispersam-se por completo, deixando apenas as luzes laranja e vermelha. Por isso, vemos o céu avermelhado ao entardecer.
Hoje, sabemos que a luz se dispersa principalmente nas moléculas de ar, em vez de partículas de poeira, como pensava Tyndall.
Isso é complementado pelo trabalho de John William Strutt, o Lord Rayleigh.
O trabalho de Lord Rayleigh ajuda a responder a mesma questão — por que o céu é azul — mas descreve o processo de espalhamento em moléculas menores, como as presentes na atmosfera.
Nesse caso, a luz solar também se espalha pelas partículas, de acordo com o comprimento da onda. A luz azul, com comprimento de onda mais curto, espalha-se mais do que as longas, como a vermelha. Daí vem a coloração azulada do céu.
Um recipiente e um pouco de poeira
Entretanto, ainda que sua explicação tenha sido incorreta em tais detalhes, foi certeira em seu princípio.
Na verdade, a má interpretação de seus resultados levou Tyndall a fazer sua descoberta mais importante.
Sendo um cientista curioso, Tyndall decidiu prosseguir e fazer mais experimentos.
Então, usou um recipiente com ar e cheio de poeira, e deixou que o pó se acumulasse por dias a fio.
Chamou essa amostra, com toda a poeira já assentada, de "ar opticamente puro".
Logo começou a inserir mais coisas no recipiente, para observar o que acontecia.
Primeiramente, colocou um pedaço de carne. Logo em seguida, de peixe. Adicionou ainda amostras de sua própria urina.
Então, notou algo interessante. Nem a carne e nem o peixe apodreceram, e sua urina não escureceu. Segundo ele, "continuou tão clara quanto um vinho xerez fresco".
Descoberta por acidente
O que ele havia criado não era ar livre de qualquer poeira, ou opticamente puro.
Sem se dar conta, Tyndall havia esterilizado o ambiente. Deixou que todas as bactérias se acumulassem no fundo do recipiente. Em outras palavras, o ar ficou livre de germes.
Essa não era sua intenção original, mas Tyndall proporcionou evidência decisiva para uma teoria controversa à época: de que a decomposição de materiais e as doenças eram causadas por micróbios presentes no ar.
Tyndall era um homem que pesquisava exclusivamente pela busca do conhecimento, sem se vincular a um problema específico do mundo real.
Ele não se propôs a descobrir as origens de doenças transmitidas pelo ar, quando começou a explorar o que estava por trás das cores do céu. Mas foi exatamente isso que ele fez.
O caso faz com que a expressão em inglês para descrever esse tipo de pesquisa, guiada pela curiosidade, soe bastante apropriada: "blue-sky investigation" ou "investigação de céu azul".
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