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Por que as estrelas aparecem em cores diferentes no céu noturno?
Um dos prazeres de observar as estrelas é perceber e apreciar as diversas cores que as estrelas exibem nos céus escuros.
As cores das estrelas são sempre interessantes de observar, pois acrescentam muito ao caráter das constelações. Esses matizes oferecem evidência visual direta de como as temperaturas estelares variam. Muitos dos luminares da temporada de verão – como os brilhantes Vegaque fica na metade do céu leste-nordeste conforme a escuridão cai – são branco-azulados. Ainda assim, também podemos facilmente encontrar outras cores contrastantes. Olha o avermelhado Antares e o branco amarelado Altair. E no topo da linha da comitiva deste verão, laranja brilhante Arcturus avança em esplendor solitário em direção ao sul.
Mesmo ao observar essas cores estelares, você percebe que elas são reconhecíveis apenas nas estrelas mais brilhantes? Isto se deve à fisiologia do olhomais especificamente, o fato de que os sensores de cores na retina – os cones – são insensíveis à luz fraca. Sob pouca iluminação, os bastonetes da retina assumem o controle. Mas sua maior sensibilidade à luz é compensada pelo daltonismo. É por isso que estrelas fracas tendem a parecer brancas aos nossos olhos. Porém, se olharmos para eles através de um binóculo ou de um telescópio, seu brilho amplificado estimula os cones, que detectam sua cor.
Cores por contraste
Uma das melhores maneiras de ver as cores das estrelas é por contraste. Voltemos a Arcturus por um momento. O procedimento clássico para localizar esta estrela é seguir o arco da alça da Ursa Maior em direção sudeste. Na década de 1950, um palestrante muito popular no Hayden Planetarium de Nova York foi Henry M. Neely (1879-1963), que tinha uma cantiga favorita para localizar Arcturus e outra estrela brilhante do final da primavera/início do verão: “Siga o arco até Arcturus e acelere para Espiga.“
Spica brilha com um tom azulado distinto. Mova seu olho rapidamente para frente e para trás entre Arcturus e Spica para ver a grande diferença em seus respectivos tons de laranja e azul.
Outro procedimento muito eficaz é observar uma estrela dupla com tonalidades contrastantes.
Provavelmente a estrela dupla mais colorida do céu noturno pode ser encontrada na metade do céu oriental, às 23h30, horário de verão local: Albíreo na constelação de Cisne o Cisne, também conhecido como Cruzeiro do Norte. Albireo supostamente marca o bico do cisne.
Um pequeno telescópio ou mesmo um par de binóculos mantidos firmemente dividirão Albireo em dois minúsculos pontos de luz de belas cores contrastantes: o mais brilhante, um rico laranja amarelado, o outro, um azul celeste profundo, ambos colocados muito próximos um do outro. Uma vista deslumbrante virá com um telescópio ampliando entre 18x e 30x.
Estrelas quentes e frias
Anteriormente, nos referimos a Antares como sendo avermelhado, e é assim que sempre é descrito. Mas, na verdade, isso não está correto. O que consideramos estrelas “vermelhas” (que são catalogadas como classe espectral M) são na verdade amarelo-laranja e aproximadamente da mesma cor de uma lâmpada incandescente antiquada. Tanto ele quanto as estrelas M têm aproximadamente os mesmos 3.000 Kelvin temperatura de cor.
Nossos olhos evoluíram para aproveitar a radiação emitida pelo Sol, que é uma estrela média no que diz respeito à temperatura e à cor. As estrelas muito quentes e frias, por outro lado, são mais fortes nas faixas ultravioleta e infravermelha, respectivamente.
Starlight é semelhante ao que os físicos chamam radiação de corpo negro — as ondas eletromagnéticas emitidas por um corpo que emite e absorve radiação com 100% de eficiência. (Qualquer coisa que realmente absorvesse toda a luz que incide sobre ela seria preta, daí o nome). Sabemos que quanto mais quente uma estrela, mais energia ela emite em cada comprimento de onda — para estrelas muito quentes, os picos de emissões são direcionados para os comprimentos de onda mais curtos (mais azuis).
Simplificando, a localização dos picos de emissões determina a cor da estrela. Podemos dividir tudo isto em duas leis bastante simples que são consequências imediatas da radiação do corpo negro.
Para um objeto a uma determinada temperatura, a energia total irradiada em todos os comprimentos de onda é dada por Lei de Stefan-Boltzmanndepois de seus dois descobridores, Josef Stefan (1835-1893) e Ludwig Boltzmann (1844-1906). A lei de Stefan-Boltzmann afirma que a taxa na qual um objeto irradia calor é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta, expressa em graus Kelvin. Assim, se a temperatura duplicar, a produção de energia aumenta 16 vezes. Se triplicar, a produção aumenta 81 vezes.
A segunda lei é chamada Lei de Vienanomeado para Guilherme Viena (1864-1928). Afirma que o comprimento de onda do pico de produção de uma estrela é inversamente proporcional à temperatura. Se a temperatura dobrar, o comprimento de onda do pico será reduzido pela metade. A lei de Viena tem uma consequência muito colorida, que pode ser demonstrada pelas bobinas de um fogão elétrico. À medida que a temperatura aumenta, primeiro sentimos a radiação infravermelha, depois a vemos brilhando em um vermelho fosco, seguido por um vermelho brilhante e um laranja ainda mais brilhante. Se pudesse continuar aquecendo sem derreter, as bobinas ficariam amarelas, brancas e depois azul-esbranquiçadas, tornando-se extremamente brilhantes – assim como as estrelas.
Assim, a cor é determinada pela lei de Wien, enquanto a radiação total (visível e invisível) é determinada pela lei de Stefan-Boltzmann.
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Joe Rao atua como instrutor e palestrante convidado no New York’s Planetário Hayden. Ele escreve sobre astronomia para Revista de História Natural, Céu e Telescópio, Almanaque do Velho Fazendeiro e outras publicações.
