Por que a noite é escura?

As perguntas mais simples são as mais complicadas de responder. As respostas em si até são simples, mas demanda certa abstração. Quando adultos, nos acostumamos a certos “fatos” da vida. O Sol brilha de dia, a Lua aparece de noite. O Sol é responsável pelo dia, por causa do brilho intenso e fim, acabou. Mas porque a Lua não tem dia claro, se é iluminada pelo Sol? Crianças não têm pudor de perguntar coisas simples, mesmo que nos pareça idiota. Nenhuma pergunta é idiota se é movida pela curiosidade. Mas, afinal, o que a noite, padres e a evolução do Universo tem a ver com o dia claro?

Olhando para o Céu Azul, inspiro-me em mais um capítulo do Livro dos Porquês!

Você pode pensar que temos resposta para tudo há séculos. Não temos. A estrutura do DNA foi descoberta não tem nem 60 anos. As leis da Termodinâmica são do século XIX. O homem vem se questionando por que, diabos, o céu é claro em dia claro. Obviamente, é por causa do Sol, acertei? Er… quase isso. O Sol é importante sim, mas há outro detalhe: a atmosfera.

O Sol ilumina a Terra da mesma forma que ilumina Marte, Júpiter, Sedna e a Lua. A Lua é muito bem iluminada, mas como podemos ver na foto de Neil Armstrong abaixo…

O céu é escuro. Que nem breu. A câmera está calibrada para captar luminosidade suficiente para o terreno e o astronauta. Se regulasse a sensibilidade para captar o brilho das estrelas, todo o resto “explodiria”, isto é, ficaria branco que não daria para ver nada.

Entretanto, antes de sabermos porque o céu é escuro, vamos entender porque temos o dia aqui na Terra. A começar pelo porque do céu ser azul.

Inspire. Expire. Inspire. Expire. Obviamente, você sabe que há oxigênio aqui. Se não tivesse, bem, eu sequer estaria escrevendo. A grande camada de ar que envolve a Terra é um poderoso campo que nos protege de muitos corpos que caem aqui, além das emissões eletromagnéticas nada legais, como os raios ultra-violeta.

Quando um feixe eletromagnético passa de um meio para outro, sua velocidade muda, alterando a sua trajetória também. É o fenômeno da refração. Aliado a isso, temos que essas emanações são energia e ela é absorvida pelas substâncias químicas contidas no ar. Assim, temos 2 coisas. Primeiro, que a luz se refrata e vai para tudo que é canto, espalhando-se pela atmosfera (fenômeno chamado de “difusão”), iluminando-a. Segundo, os raios perdem energia, e se perdem energia, seu comprimento de onda é afetado, o que faz mudar a “cor” dessa emanação. Nossos olhos evoluíram para identificar cores num curto trecho e a cor que conseguimos identificar no céu é a cor azul.

É por isso que temos dia: a atmosfera iluminada. Se você estiver em um lugar desértico, pode usar uma lanterna de trocentos watts. Não iluminará nada. No máximo, você conseguirá discernir alguma coisa se apontar pro chão, onde a luz será refletida de forma caótica. Se os filmes de ficção científica fossem acurados (e isso os tornaria chatos) jamais veríamos os disparos de laser. Só se houvesse algo no meio do caminho. Abra um pouco as cortinas num dia de Sol. Você poderá ver os raios luminosos se bater na cama (ou sofá ou almofada), de forma a fazer os pequenos grãos de poeira dançarem no ambiente. Imediatamente, vocês poderão ver o feixe.

Na Lua, não há atmosfera e não tem “dia”. Marte possui uma tênue atmosfera e a absorção da energia se dá de forma que o céu tenha um tom mais avermelhado. Mas isso ainda não explica porque a a noite é escura. A resposta tem um quê de filosófico e é algo interessante em termos de reflexões. Tem a ver com o conceito de infinitude.

Já me perguntaram se o Universo era infinito. O próprio Edgar Alan Poe pensou sobre isso e a conclusão é deveras interessante. Me acompanhem no raciocínio: Se o Universo é infinito, ele não tem fim, é eterno e para sempre. Ele não teve começo e nem nunca terá um fim. Seu espaço é – como direi? – Infinito, ele não acaba. Logo, a quantidade de “coisas” em seu interior possui uma quantidade infinita também. Não há outro raciocínio diferente deste que possa se sustentar. Como algo infinito pode ser vazio? Ele teria que ocupar a si mesmo, não haveria nenhum outro lugar fora do Universo, pois seria impossível haver algo além do Universo, já que este Universo Infinito ocuparia todos os lugares a ponto de não ter mais nenhum outro lugar.

Levando em conta isso, a quantidade de corpos celestes nele tenderia ao infinito também. E qualquer tipo desses corpos teria quantidade infinita, pois infinito não tem fim, como você deve saber. Isso inclui as estrelas. Eu teria um número infinito de estrelas.

Se eu tenho um Universo infinito, com um número infinito de estrelas, o brilho seria tão intenso, mas tão intenso, pois os diversos fótons caminhando eternamente em direção à Terra EFETIVAMENTE chegariam à Terra. O céu seria tão brilhante que torraria tudo que estivesse sobre o planeta, a noite jamais existiria, a energia não poderia ser contida pela atmosfera e jamais haveria vida.

Outra pessoa teve este pensamento. Ele examinou que o conceito de infinitude de tempo e espaço jamais poderiam ser conciliados com o que vemos ao colocar a cabeça pela janela. Esta pessoa olhou e viu que aquilo era insanidade e só havia uma única explicação: o Universo não é infinito, não é eterno e nem sempre esteve por aqui. Este homem era Georges Lemâitre. Padre por vocação, cientista por decisão e físico por dedicação. Ele criou a teoria que Fred Hoyle ironizou chamando-a de Big Bang.

Indo conversar com Einstein, que era meio egocêntrico, este disse que a matemática de Lemâitre era excelente, mas sua física era pavorosa. Pobre Albert. Apesar de todos os seus acertos, ele pensava que o Universo era estático (coisa que eu tenho certeza que não é), e que a Mecânica Quântica estava mais para bruxaria (coisa que eu já não duvido muito).

Existem muitas verdades na Natureza e uma delas é o Efeito Doppler. Ele diz que qualquer onda se afastando tem seu comprimento de onda aumentado, enquanto que se ela estiver se aproximando, o comprimento de onda diminui. Abaixo temos um vídeo ilustrativo.

Isso acontece com todo tipo de onda e as ondas eletromagnéticas não são exceção. Quando uma fonte luminosa se afasta, seu comprimento de onda muda e a luz ´visível de maior comprimento de onda é a de cor vermelha. E é por isso que corpos se afastando tendem a ter sua cor emitida tendendo (ou desviando) para o vermelho no que costumamos chamar de redshift, ou Desvio para o Vermelho. Fontes luminosas que se aproximam têm a cor tendendo para a cor azul, já que esta cor é a de menor comprimento de onda. Assim, se a ideia de Lemâitre, que o Universo estava se expandindo, fosse verdadeira, teríamos estrelas emitindo luzes com a cor tendendo para o vermelho. Um dos que ajudaram a comprovar isso foi um certo boxeador não-profissional, mas astrônomo de mão cheia: Edwin Hubble.

Bem, depois de comprovado isso, era necessário saber uma outra coisa: o que restou da energia inicial quando aconteceu o Big Bang. Quem teorizou a respeito foi Ralph Asher Alpher, que juntamente com seu orientador George Gamov e seu colega Robert Herman, fez a predição da existência de uma radiação remanescente do tempo do início de tudo. É a chamada “radiação cósmica de fundo”, cuja teoria foi elaborada em 1948. Em 1964, Arno Penzias e Robert Wilson, examinando uma antena da empresa Bell Telephone Laboratories, estavam intrigados com um “ruído” persistente na captação de sinais de rádio. Excluindo todas as variantes (como cocô de pombo que emporcalhava o aparelho) a única conclusão que chegaram que o ruído vinha de cima. Então, eles anunciaram que eles descobriram os segredos do Big Bang e…

Pera! Quem não elaborou esta teria primeiro não foi Ralph Alpher? Foi, e Penzias e Wilson jamais creditaram a Alpher a descoberta. Os dois malandros ganharam o prêmio Nobel de Física em 1978 e Ralph Alpher morreu num lar para idosos em 2007, apesar dos títulos honorários. Hoje, a radiação é a demonstração que o Universo não é estático nem infinito. Ele tem fim, só não sabemos onde é. Ele não tem fronteiras, como uma bola de futebol também não tem. Não sabemos que formato ele tem, mas o Universo está aqui, em algum lugar que não sabemos o que é, com algo em volta que não sabemos o que é, cuja duração podemos imaginar, mas não sabemos qual é. Não faz mal, antes também não sabíamos que chupar limão durante as viagens de navio livrava os tripulantes de doenças sérias. Um simples limão!

Então, a luz de todas as primeiras estrelas se perderam no início dos tempos. Sua energia se dissipou, as leis da Termodinâmica determinaram que ela fosse usada para outro fim, sendo absorvida de algum jeito e transmutada. Saímos para o interior, procurando um céu mais limpo, sem quaisquer tipos de poluição e o que vemos é inspirador e magnífico, mas não é nada gigantesco. Só vemos uma ridícula fração das estrelas, que estão na casa dos milhares e não milhões e muito menos bilhões e bilhões.

As estrelas estão tão longe e tão espaçadas que seu brilho não é suficiente para clarear a nossa atmosfera. Fora o nosso Sol, a estrela mais próxima está a cerca de 5 anos-luz. Se ela simplesmente deixasse de existir hoje, seu brilho ainda me acompanharia por muito tempo, dada distância relativística e aos poderes sombrios da Relatividade, enquanto as demais estrelas se afastam de nós, e seu brilho fica cada vez mais fraco, tendendo para o vermelho, de forma a sumir de nossas vistas, mal sendo detectadas por telescópios que “enxergam” na região do Infra-Vermelho e das ondas de rádio.

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