Por que o céu fica vermelho?

A rigor, o céu não tem cor. Se você entender “céu” como o espaço físico que existe entre os corpos celestes (planetas, estrelas, asteroides, etc.), então o que existe ali, que é principalmente vácuo, não emite luz, portanto não tem cor nenhuma. É por isso que astronautas em órbita enxergam o espaço sideral na cor preta, já que não existe uma atmosfera que espalhe a luz dos corpos celestes para seus olhos.

O céu parece azul devido a um fenômeno conhecido como dispersão de Rayleigh, que é quando a luz do Sol chega à atmosfera da Terra e é dispersa entre as moléculas de gás presentes nela, como nitrogênio e oxigênio. A luz solar contém todas as cores do espectro visível (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta), porém os tons mais azulados e violetas são os que possuem os menores comprimentos de onda — por causa disso, são os mais espalhados.

Com isso, os raios de luz que chegam aos nossos olhos são majoritariamente desses tons. Como nossos olhos são mais sensíveis ao azul do que ao violeta, temos a percepção de que o céu é azul. Essa cor é vista principalmente quando o Sol está no alto do céu, já que, nesses momentos, a luz solar precisa atravessar um espaço mais curto de atmosfera.

O vermelho, o branco e o laranja

Mas a dinâmica entre a luz solar e a atmosfera não é sempre igual. Por isso, às vezes percebemos cores diferentes, como o vermelho. Um dos principais fatores nessa questão é o ângulo em que a luz está incidindo: à medida que o Sol se aproxima do horizonte, a luz solar precisa atravessar uma camada maior da atmosfera. Esse aumento no percurso faz com que ainda mais luz azul seja dispersa, deixando os comprimentos de onda mais longos – laranja e vermelho – predominarem.

Quando o tamanho das partículas presentes na atmosfera é do mesmo tamanho ou maior que o comprimento de onda da luz incidente, o espalhamento de Rayleigh pode ocorrer simultaneamente a outro fenômeno, o espalhamento de Mie, cujos mecanismos e propriedades são diferentes. Isso se aplica a gotículas de água, cristais de gelo e aerossóis na atmosfera (poeira, fumaça, pólen).

Essas partículas esféricas (ou aproximadamente esféricas) dispersam quase todos os comprimentos de onda com praticamente a mesma eficiência – por isso, o céu fica esbranquiçado, cinzento ou azul opaco.

Em condições com muitas partículas maiores (por exemplo, a poeira urbana ou a fumaça de uma queimada), estas também podem absorver seletivamente parte do espectro, o que contribui para tons mais quentes em certas condições. Por isso, é comum vermos uma cor alaranjada ou marrom no céu.