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Em resumo: em Marte, o céu é laranja ou avermelhado de dia, e quando o Sol se põe, o céu em volta dele fica azul-acinzentado. A Terra faz o contrário: céu azul, pôr do sol vermelho. O Sol é o mesmo; o que muda é aquilo em que a luz dele bate. As moléculas do ar da Terra são muito menores que uma onda de luz e espalham mais o azul, pelo céu inteiro, então no pôr do sol, atravessando muito mais ar, os vermelhos e amarelos passam. O ar de Marte carrega grãos finos de poeira maiores que uma onda de luz, e o azul que eles espalham fica perto da direção do Sol.
Em Marte, o contrário
NASA Space Place: "During the daytime, the Martian sky takes on an orange or reddish color. But as the Sun sets, the sky around the Sun begins to take on a blue-gray tone." (Durante o dia, o céu marciano ganha uma cor laranja ou avermelhada. Mas, quando o Sol se põe, o céu em volta do Sol começa a ganhar um tom azul-acinzentado.)
A imagem mais conhecida disso foi feita pelo rover Curiosity, da NASA, na cratera Gale, em 15 de abril de 2015 (imagem PIA19400 do JPL, "Sunset in Mars' Gale Crater").
Na Terra é o contrário: azul de dia, vermelho no pôr do sol. Mesmo Sol, mesma luz do Sol.
Terra: moléculas minúsculas jogam o azul para todo lado
O National Weather Service da NOAA em Flagstaff: "While all colors are scattered by air molecules, violet and blue are scattered most." (Embora todas as cores sejam espalhadas pelas moléculas do ar, o violeta e o azul são os mais espalhados.) A NASA Space Place dá o motivo: "Blue light is scattered more than the other colors because it travels as shorter, smaller waves." (A luz azul é mais espalhada que as outras cores porque viaja em ondas mais curtas e menores.)
Então o azul é jogado pelo céu inteiro, e o céu parece azul.
Quanto mais: cerca de 5×
Lord Rayleigh fez a conta em 1871 (na época, o Hon. J. W. Strutt, "On the light from the sky, its polarization and colour", Philosophical Magazine). Como resume a Physics FAQ da UC Riverside: "He showed that the amount of light scattered is inversely proportional to the fourth power of wavelength for sufficiently small particles." (Ele mostrou que a quantidade de luz espalhada é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda, para partículas suficientemente pequenas.)
A luz azul tem cerca de 470 nm (HyperPhysics), e a vermelha, os maiores comprimentos de onda, cerca de 700 nm (NASA Science). Conta nossa: (700 ÷ 470)⁴ ≈ 4,9, então o azul é espalhado cerca de 5× mais que o vermelho.
Por que não um céu violeta, então? NOAA: "The sky looks blue, not violet, because our eyes are more sensitive to blue light (and the sun also emits more energy as blue light than as violet)." (O céu parece azul, e não violeta, porque nossos olhos são mais sensíveis à luz azul (e o sol também emite mais energia como luz azul do que como violeta).)
O pôr do sol na Terra: cerca de 38× mais ar
No pôr do sol, o caminho da luz é bem mais longo. NASA Space Place: "As the Sun gets lower in the sky, its light is passing through more of the atmosphere to reach you. Even more of the blue light is scattered, allowing the reds and yellows to pass straight through to your eyes." (À medida que o Sol desce no céu, sua luz atravessa mais atmosfera para chegar até você. Ainda mais luz azul é espalhada, deixando os vermelhos e amarelos passarem direto até os seus olhos.)
Quanto mais longo? A fórmula de Kasten e Young de 1989 (Applied Optics), citada no artigo "Air mass (astronomy)" da Wikipedia, dá "an air mass of approximately 38 at the horizon" (uma massa de ar de aproximadamente 38 no horizonte): cerca de 38 vezes o ar que a luz atravessa com o Sol a pino.
Marte: poeira maior que uma onda de luz
O ar de Marte é cheio de poeira. A partir das imagens da Mars Pathfinder, Tomasko e colegas (JGR Planets, 1999) concluíram: "The geometric cross‐section‐weighted mean particle radius is 1.6 ± 0.15 μm" (o raio médio das partículas, ponderado pela seção transversal geométrica, é de 1,6 ± 0,15 μm). Isso dá um grão de uns 3 µm de diâmetro, contra os 0,47 µm da luz azul (conta nossa): maior que uma onda de luz.
O vermelho se espalha, o azul fica perto do Sol
Mark Lemmon, da Texas A&M, da equipe do Curiosity, explicou as cores à NASA/JPL em 2015: "The colors come from the fact that the very fine dust is the right size so that blue light penetrates the atmosphere slightly more efficiently," (as cores vêm do fato de que a poeira muito fina tem o tamanho certo para que a luz azul atravesse a atmosfera de forma um pouco mais eficiente,)
E: "When the blue light scatters off the dust, it stays closer to the direction of the sun than light of other colors does. The rest of the sky is yellow to orange, as yellow and red light scatter all over the sky instead of being absorbed or staying close to the sun." (Quando a luz azul é espalhada pela poeira, ela fica mais perto da direção do sol do que a luz de outras cores. O resto do céu fica entre amarelo e laranja, porque a luz amarela e a vermelha se espalham pelo céu inteiro em vez de serem absorvidas ou ficarem perto do sol.)
Por isso o brilho em volta do Sol poente é azul
A legenda do JPL para a PIA19400: "Dust in the Martian atmosphere has fine particles that permit blue light to penetrate the atmosphere more efficiently than longer-wavelength colors." (A poeira na atmosfera marciana tem partículas finas que permitem que a luz azul atravesse a atmosfera de forma mais eficiente que as cores de comprimento de onda maior.)
Não é o céu marciano inteiro: pela descrição da NASA, é o céu em volta do Sol poente que fica azul-acinzentado.
Conclusão
Quatro céus: a Terra azul de dia e vermelha no pôr do sol, Marte laranja-avermelhado de dia e azul em volta do Sol poente. A cor não é definida pelo Sol; é definida pelo que há no ar.
Fontes
- NASA Space Place, Why Is the Sky Blue?, atualizado em 29 de agosto de 2022
- NOAA National Weather Service, Flagstaff, Why is the sky blue?
- Philip Gibbs, Why is the sky blue?, Physics FAQ, UC Riverside, 1997
- HyperPhysics (Georgia State University), Color
- NASA Science, Visible Light
- J. W. Strutt, On the light from the sky, its polarization and colour, Philosophical Magazine 41, fevereiro de 1871
- Wikipedia, Air mass (astronomy), para Kasten & Young, Applied Optics 28(22), 1989
- NASA/JPL, NASA's Curiosity Rover Views Serene Sundown on Mars, 8 de maio de 2015
- NASA/JPL, PIA19400: Sunset in Mars' Gale Crater, 8 de maio de 2015
- Tomasko et al., Properties of dust in the Martian atmosphere from the Imager on Mars Pathfinder, JGR Planets, 1999
O vídeo é animado com código, e o roteiro foi escrito com ajuda de IA; cada número acima foi conferido com as fontes, e as duas contas são nossas. Ilustrativo: todo céu, feixe, grão de poeira e molécula é desenhado, não fotografado, e o espalhamento é mostrado, não simulado. O vídeo está em inglês. Feito com o Shotloop, meu app gratuito para Mac de explicativos feitos com código, corrigidos uma cena de cada vez.