Encontre um horizonte e saboreie a curvatura da luz

Lua

Por: Bob King 1 de junho de 2023 5

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A lua cheia de morango em 3 de junho nos convida a experimentar o poder de refração da atmosfera da Terra.

Em 3 de junho, a Lua de Morango nascerá apenas alguns graus a leste de Antares em tons de morango na constelação de Escorpião ao redor do pôr do sol. Posso ser um obstinado observador de céu profundo e cometas, mas todo mês espero ver a lua cheia nascer e inundar o céu com luz. Felizmente, moro perto de um lago com uma bela vista para o leste e um assento garantido na primeira fila para essa visão recorrente e sempre em movimento. Durante boa parte do ano, a Lua nasce diretamente da água, desobstruída por árvores ou colinas em primeiro plano – circunstâncias ideais para ver a proeza prismática da atmosfera da Terra.

A refração - ou a capacidade da luz de se curvar - está sempre presente. Ele pinta arco-íris, faz as estrelas brilharem e fornece a luz preciosa de galáxias distantes aos nossos olhos quando olhamos através de um refrator. A visão humana seria impossível sem ela.

O princípio é simples. Quando um feixe de luz passa de um meio para outro, sua velocidade e direção mudam. A luz diminui ao entrar em um meio mais denso e acelera ao entrar em um meio menos denso. A mudança na velocidade altera a direção do feixe. Quando a luz de uma estrela atinge a atmosfera da Terra em qualquer ângulo diferente de 90° (em linha reta acima), sua trajetória se curva para cima a partir do horizonte na direção do zênite.

A luz de uma estrela situada diretamente acima não sofre refração. Se você vir uma estrela no zênite, é onde ela está. Mas gradualmente abaixe seu olhar em direção ao horizonte, e a refração entra em jogo cada vez mais.

Começa sutilmente. A posição de uma estrela a uma altitude de 45° muda apenas 1' (um minuto de arco) na direção do zênite ou para cima. Mesmo a 10° de altitude, a diferença é de apenas 5,4' ou cerca de um quinto do diâmetro aparente da Lua cheia. Mas a refração aumenta rapidamente para 9,7' a 5°, 21,8' a 1°, 25' a 0,5° e 33,7' (maior que a Lua cheia) no horizonte. É aí que a diversão começa.

A refração aumenta com a densidade do meio. A quantidade de ar diretamente acima é 1 massa de ar por definição. A 30° acima do horizonte, aumenta para 2 massas de ar com efeito mínimo. Mas ao longo do horizonte estamos olhando através de 40 massas de ar, ar suficiente para refratar ou "levantar" todo o disco lunar à vista antes mesmo de ele subir. Nesse instante, se você pudesse estalar os dedos e fazer a atmosfera desaparecer, a Lua também desapareceria! Em uma Terra sem ar, teríamos que esperar mais dois minutos para cada lua e nascer do sol. Da mesma forma, a refração atrasa seu tempo de configuração na mesma quantidade. É por isso que a luz do dia dura alguns minutos a mais do que a noite nos chamados equinócios.

A refração diferencial explica perfeitamente por que a Lua se parece com um pufe ao nascer e ao se pôr. A refração atmosférica no horizonte é de ~34′, mas diminui para ~25′ apenas 0,5° acima dela. A parte inferior da Lua, estando mais próxima do horizonte, é "empurrada" para o topo menos refratado. A diferença de ~9′ de baixo para cima é igual a quase um terço do seu diâmetro.

O achatamento é ainda mais dramático em órbita. Os astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional veem a Lua e o Sol se pondo através de uma linha de visão mais longa do que a vista do solo. Quantidades correspondentemente maiores de refração achatam cada corpo ainda mais em balas M&M vermelhas.

A refração atmosférica não é uma constante, mas varia de acordo com a temperatura, umidade e pressão barométrica. É por isso que você nunca verá os horários do nascer e do pôr do sol listados em segundos. Sob as circunstâncias certas, temperaturas extremas e refração de pressão podem aumentar a refração em 2° ou mais. Em seu livro South!: The Story of Shackleton's Last Expedition 1914–917, o explorador polar Sir Ernest Shackleton descreve o reaparecimento do Sol após a data de sua última aparição prevista: