Qual a cor do Sol?

É muito comum achar que o Sol é amarelo ou mesmo laranja. Afinal basta olhar para ele da janela de casa que o vemos emitindo luz dessas cores, diariamente. Porém, se usarmos uma outra janela, digamos, a de um satélite fora de nossa atmosfera, observaremos uma cor bem diferente daquela que vemos no nosso dia a dia.

Isso mesmo, o Sol é praticamente branco. De fato, o que se observa é que a cor da luz emitida pelo Sol não é totalmente branca. Isto é, ele não é capaz de emitir todas as cores do espectro visível. Há algumas poucas cores faltantes, tão poucas que a olho nu não sentimos falta. Ou seja, o Sol emite radiação eletromagnética no comprimento de onda visível ao olho humano. Neste espectro, observamos os diversos comprimentos de ondas associados as diversas cores, como mostra a figura. Se a luz que o sol emite é praticamente branca (quase todas a do espectro), o que acontece em nossa atmosfera para observarmos ele de forma tão peculiar?

A maioria da luz que observamos com nossos olhos não vem diretamente do Sol. A presença de moléculas em nossa atmosfera, como nuvens com cristais de gelo e aerossóis, podem provocar tanto a absorção dessa energia oriunda do Sol, como o espalhamento da luz. Este fenômeno, além de mudar a cor do Sol para um observador na superfície da Terra, também é responsável pela coloração de nosso céu, das nuvens e pela formação do arco-íris.

A dispersão das cores (ou espalhamento) acontece quando a radiação é desviada da sua orientação original de propagação para uma orientação qualquer sem que seu comprimento de onda seja alterado*. O padrão de espalhamento não ocorre de forma aleatória. Ele depende de características das partículas que constituem o meio no qual a radiação se propaga.

Uma dessas características é a relação entre o tamanho das partículas e o comprimento de onda da radiação.

Quando as partículas presentes no meio (partículas com raio menor que 0,1λ) são muito menores que o comprimento de onda da radiação incidente, o espalhamento é denominado:

Espalhamento Rayleigh

Esse fenômeno resulta na polarização elétrica das partículas. Ou seja, uma parte dos elétrons se desloca para uma outra extremidade da partícula. Isso cria uma diferenciação na quantidade de cargas. A oscilação da onda eletromagnética sobre as cargas dentro de uma partícula faz com que elas se movam na mesma frequência. Assim, a partícula comporta-se com um pequeno dipolo e passa a emitir radiação. Um dipolo é um conjunto de duas cargas iguais e de sinais contrários.

Caso o tamanho da partícula seja maior que o comprimento da luz, a radiação não sofre espalhamento e consequentemente não há decomposição cromáticas (ou seja, separação das cores). Assim, todos os comprimentos de ondas são igualmente dispersados. O mesmo acontece quando a quantidade de moléculas no meio é extremamente baixa, como nas altas altitudes (>50 km) da atmosfera. Na medida que saímos da superfície e subimos, por exemplo em um balão estratosférico, percebemos que o céu torna-se gradualmente mais escuro. Isso ocorre até o céu se tornar completamente escuro em direções opostas ao Sol. Exatamente por não haver matéria para interação, o espalhamento não acontece.

Em nossa atmosfera, onde há abundância de N₂ e O₂, a luz azul (λ ~ 0,425 µm) sofre mais espalhamento que as demais cores do espectro de visível. Em comparação direta com o vermelho (λ ~ 0,650 µm), o azul é espalhado 5 vezes mais. Desta forma, a linha espectral do azul é removida do feixe solar direto.

As cores (linhas espectrais) que não são espalhadas e sim transmitidas, continuam em sua direção original. Assim, quando olhamos para o céu observamos o azul que é a cor mais espalhada na atmosfera. Ao olharmos diretamente para o Sol (por favor, não olhem sem proteção adequada), observamos que na sua direção se espalha mais em tons amarelos.

No entanto, existem situações que, tanto o Sol visto da superfície como o céu assumem outros tons. Por exemplo, quando o Sol encontra-se próximo ao horizonte, no nascer ou ao se por. Nesses momentos, a radiação solar tende a atravessar uma camada mais espessa da atmosfera, levando com que outras linhas espectrais sofram espalhamento. Com isso, outras tonalidades como laranja e vermelho são observadas.

O costume de observar o Sol nessas cores torna um pouco difícil imaginar que ele, de fato, seja praticamente branco, mesmos para os cientistas. Isso faz com que muitas vezes as imagens dos observatórios espalhados pelo mundo sejam coloridas artificialmente.

Um fato interessante sobre as observações solares é que hoje temos conhecimento que o Sol emite radiação eletromagnética em outra bandas diferente do visível, como o raio-X e ultra-violeta. Assim, os físicos solares utilizam diversas cores para representar cada banda monocromática, como mostra figura com as imagens obtida pela sonda SDO (Solar Dynamics Observatory).

Às vezes, a cor de exibição do Sol é determinada culturalmente. Normalmente vemos ele representado na cor amarela ou laranja. Porém o planeta é grande e no Japão, culturalmente, ele é representado na cor vermelha. Apesar de todas as licenças artísticas, inclusive dos cientistas, o Sol é praticamente branco.

* Existem fenômenos de dispersão, como de Raman, nos quais a radiação espalhada apresenta comprimento de onda diferente da incidente.

 

REFERÊNCIAS

Scherrer D. What Color is the Sun? and other mysteries. Stanford Solar Center.

Yamasoe MA. Apostila da Disciplina Meteorologia Física II – ACA 0326, IAG, 2006.

Liou KN. An introduction to Atmospheric Radiation. Vol2. 2nd edition. 2002.

Fröhlich C, Shaw GE. New determination of Rayleigh-Scattering in the terrestrial atmosphere. Appl. Optics 19(11), 1773-1775. 1980.