As Cores da Lua cheia

Abstract

A lua cheia muda de cor conforme se eleva no céu. No nascente apresenta-se amarelada e depois, quando já se encontra elevada no céu, é branca. Durante um eclipse total, a Lua pode se apresentar com uma variedade de cores entre marrom e amarelo. Discutimos as razões pelas quais a lua cheia exibe cores variadas.

Full text

20 Física na Escola, v. 9, n. 2, 2008As cores da lua cheia
Oespetáculo da lua cheia nascendo,
e depois se elevando no céu,
encanta a nossa sensibilidade!
Além de a lua cheia nascente nos parecer
muito maior do que quando se encontra
alta no céu, a sua cor
se modifica durante a
ascensão. No dia 20 de
fevereiro de 2008,
ocorreu um eclipse to-
tal da Lua. Como é
bem sabido, eclipses
da Lua somente po-
dem acontecer du-
rante a lua cheia.
A seqüência de
fotos da Fig. 1 foi realizada desde o
nascimento da lua cheia até quase o seu
encobrimento total pela sombra da Terra.
Na Foto 1, vemos a lua cheia nascen-
te, ainda próxima do horizonte leste, ple-
namente iluminada pela luz do Sol que
está se pondo no horizonte oposto. Apesar
de o disco lunar se apresentar encoberto
por nuvens, é possível observar que ele
tem uma cor amarelada contra o céu azul,
ainda iluminado pelo Sol. Depois, na Foto
2, a Lua encontra-se um pouco mais ele-
vada (mas ainda próxima do horizonte),
exibindo um belo tom de amarelo contra
o céu azul escuro, fracamente iluminado
pelo Sol. A Foto 3 foi realizada às
21h05min, portanto quando a lua cheia
já se encontrava elevada no céu. Agora a
cor da Lua é branca contra o céu escuro.
As Fotos 4 a 6 foram tomadas enquanto
a Lua penetrava no cone de sombra - ou
umbra - da Terra, o que ocorreu a partir
das 22h43min.
A seqüência de fotos da Fig. 1 foi rea-
lizada com uma câmera digital com
aumento óptico e digital, perfazendo uma
ampliação de cinco vezes, mantida para
todas as fotos. Comparando as imagens,
é possível perceber que o disco lunar tem
o mesmo tamanho em todas elas, com-
provando que ele permanece inalterado
Fernando Lang da Silveira
Departamento de Física, Universidade
Federal do Rio Grande do Sul, Porto
Alegre, RS, Brasil
E-mail: lang@if.ufrgs.br
Maria de Fátima Oliveira Saraiva
Departamento de Astronomia,
Universidade Federal do Rio Grande
do Sul, Porto Alegre, RS, Brasil
E-mail: fatima@if.ufrgs.br
A lua cheia muda de cor conforme se eleva no
céu. No nascente apresenta-se amarelada e
depois, quando já se encontra elevada no céu,
é branca. Durante um eclipse total, a Lua pode
se apresentar com uma variedade de cores en-
tre marrom e amarelo. Discutimos as razões
pelas quais a lua cheia exibe cores variadas.
enquanto a Lua se eleva. Portanto, a ava-
liação de que a lua cheia nascente é muito
maior do que quando está elevada no céu
é uma ilusão [1]. A Fig. 2 mostra uma
fotografia da lua cheia durante o auge do
eclipse, quando então
o disco lunar se apre-
sentava com uma
bela cor amarela ala-
ranjada. Assim, o
objetivo desse artigo é
dar uma explicação
para as diferentes
cores que podemos
observar na lua cheia,
inclusive durante os
eclipses totais.
Por que o céu é azul?
Um aspecto fundamental para a
compreensão das cores que a Lua pode
apresentar tem relação direta com o fato
de o céu diurno ser azul.
A atmosfera terrestre, fortemente
iluminada pela luz branca do Sol, espalha1
preferencialmente luz com freqüências
próximas à da cor azul em todas as
direções. Este tipo de espalhamento é de-
nominado de espalhamento de Rayleigh,
e acontece quando as partículas que
interagem com a luz têm um tamanho
muito menor do que o comprimento de
onda da luz, que é o caso das moléculas
de oxigênio (O2) e nitrogênio (N2) da
atmosfera terrestre. No espalhamento de
Rayleigh, a intensidade da luz espalhada
é inversamente proporcional à quarta
potência do comprimento de onda. Usan-
do o exemplo de Lynch e Livingston [2],
isso significa que a luz azul, com com-
primento de onda de 450 nm, é espalhada
com intensidade cerca de 3 vezes maior
do que a luz vermelha, de comprimento
de onda de 600 nm. Portanto a luz espa-
lhada pelas moléculas do ar é muito mais
azulada do que a luz que sobre elas
incidiu. Desta forma, de qualquer ponto
A atmosfera terrestre,
iluminada pela luz branca do
Sol, espalha preferencialmente
luz com freqüências próximas à
da cor azul em todas as
direções. Desta forma, de
qualquer ponto do céu
iluminado com a luz solar,
chegará luz azulada aos nossos
olhos e veremos o céu azul

21Física na Escola, v. 9, n. 2, 2008 As cores da lua cheia
do céu iluminado com a luz solar, chegará
luz azulada aos nossos olhos e veremos o
céu azul.
Caso não houvesse espalhamento da
radiação solar na atmosfera, o céu não
emitiria luz e se apresentaria negro. Tal é
o que acontece à noite, quando a atmos-
interessa conhecer a luz que, proveniente
do astro, é transmitida (não espalhada)
através da atmosfera até o local da
observação.
A intensidade de luz solar espalhada,
além de depender do comprimento de
onda, é influenciada pelo comprimento do
trajeto que a radiação percorre ao atra-
vessar a atmosfera. Ao entardecer, quando
o Sol se encontra próximo ao horizonte,
a luz solar deve percorrer um caminho
mais longo na atmosfera do que quando
o Sol se encontra elevado no céu. A Fig. 4
representa esquematicamente que a luz
proveniente do Sol (ou de qualquer outro
astro) deve, quando se encontra no zênite,
atravessar a menor extensão de atmosfera
para chegar à superfície da Terra; quando
o astro se encontra no horizonte, a luz
que ingressa na atmosfera percorre uma
distância muito maior até chegar à super-
fície da Terra. Se tomarmos a espessura
da atmosfera como sendo cerca de
100 km, a luz do Sol nascente ou poente
deve atravessar cerca de 1000 km de
atmosfera para chegar até a superfície da
Terra (é importante destacar que, na Fig. 4,
a espessura da atmosfera se encontra mui-
to exagerada em comparação com o raio
da Terra, cujo valor perfaz cerca de
6400 km).
Desta forma, conforme o Sol esteja
mais próximo do horizonte, tanto mais
luz é espalhada, retirando assim da luz
branca preferencialmente a radiação nas
freqüências próximas à da cor azul. A luz
transmitida (não-espalhada), por ter
perdido parte das componentes com
freqüências mais altas, apresentar-se-á
mais amarela (vide a luz transmitida na
Fig. 3), podendo atingir a tonalidade de
laranja e até de vermelho. Isto explica por-
que a cor do Sol muda do quase branco
quando se encontra elevado no céu para
os tons avermelhados característicos do
nascente ou poente. As partículas de poei-
ra presentes na atmosfera também con-
tribuem para o avermelhamento do Sol,
pois também espalham mais a luz azul
do que a luz vermelha, embora não de
Figura 1 - Seqüência de fotos mostrando a aparência do disco lunar durante a lua cheia
de 20 de fevereiro de 2008, observada na cidade de Laguna, Santa Catarina. As bordas
inferiores das fotografias estão grosseiramente alinhadas paralelamente ao horizonte.
Figura 2 - A Lua se apresenta em cor ama-
rela alaranjada durante o auge do eclipse.
Foto gentilmente cedida pela fotógrafa e
publicitária Ana Lúcia Meinhardt, que a
realizou utilizando uma máquina foto-
gráfica acoplada a um telescópio do Obser-
vatório Astronômico da PUCRS.
fera, fracamente iluminada pelas estrelas
e pela Lua, reemite por espalhamento com
tão pequena intensidade que não percebe-
mos e, portanto, o céu noturno se apre-
senta escuro, negro. Se não tivéssemos
atmosfera, veríamos o céu negro mesmo
durante o dia, quando o Sol apareceria
como um disco brilhante (e um pouco
mais esbranquiçado do que realmente o
vemos) entre as demais estrelas.
A Fig. 3 representa de maneira esque-
mática a chegada de luz solar branca em
uma região da atmosfera. De acordo com
esse esquema, um observador receberá
radiação espalhada e enxergará aquela
região do céu como azul.
Para partículas muito maiores
do que o comprimento de onda da
luz, como é o caso das gotículas de
água, o espalhamento não depende
mais do comprimento de onda, e
portanto a intensidade da luz espa-
lhada é a mesma para todas as
cores. É por isso que as nuvens são
brancas e, em dias muito nublados,
vemos o céu todo esbranquiçado.
As cores do Sol
Para explicar a cor que o Sol
(ou qualquer astro) apresenta,
Figura 3 - Luz solar branca incide sobre uma região
da atmosfera que espalha preferencialmente luz
com freqüências próximas à da cor azul.

22 Física na Escola, v. 9, n. 2, 2008As cores da lua cheia
(ela nasce quando o Sol está se pondo), a
luz por ela refletida deve percorrer um
trajeto mais longo através da atmosfera
do que quando, horas mais tarde, encon-
tra-se elevada no céu. Desta forma, ao se
apresentar próxima ao horizonte, a luz
branca proveniente da Lua tem mais luz
azulada subtraída por espalhamento; por-
tanto a radiação transmitida através da
atmosfera contém menos luz azulada no
nascente da Lua do que quando ela está
alta no céu. Assim, a luz que chega aos
olhos de quem aprecia a lua cheia nas-
cente, será amarelada (vide as Fotos 1 e 2
da Fig. 1) por ter sido retirada da luz bran-
ca, por espalhamento, a luz azulada.
Depois, enquanto a Lua se eleva, menos
espalhamento do azul acontece, resultan-
do em uma luz transmitida com menos
perda de azul e, portanto, aproximando-
se cada vez mais de ser branca (vide as
Fotos 3 a 6 da Fig. 1).
A cor da Lua durante seu eclipse
A Fig. 5 representa esquematicamente
as condições para a ocorrência de um
eclipse total da Lua (as dimensões do Sol,
da Terra e da Lua não estão representadas
em escala, bem como as distâncias entre
os três corpos).
A Fig. 6 ilustra o caminho da Lua,
sobre o plano que é perpendicular ao eixo
do cone de sombra da Terra, do ponto de
vista de um observador localizado na par-
te noturna do hemisfério sul de nosso pla-
neta, no eclipse total de 20 de fevereiro de
2008. A Lua, apesar de ter penetrado com-
pletamente no cone de sombra da Terra,
não passou pelo centro da umbra. A Fig. 6
foi construída tomando por base a Ref. [4].
O círculo maior representa a zona de pe-
numbra da Terra e o círculo menor indica
a umbra.
As diferentes cores e tonalidades da
Lua na Fig. 6 reproduzem a sua aparência
nas diversas etapas do eclipse. A foto da
Fig. 2 foi reduzida e colocada dentro da
umbra para retratar a Lua no auge do
eclipse, isto é, quando a Lua se encontrava
na região mediana do seu trajeto dentro
da umbra. A linha vermelha indica a inter-
secção do plano da órbita da Terra (eclíp-
tica) em torno do Sol com o plano da
Fig. 6.
A Fig. 7 é uma representação esque-
mática de uma possível trajetória da Lua,
no plano perpendicular ao eixo do cone
de sombra da Terra, durante um eclipse
parcial. Neste caso, a Lua não ingressa
completamente na umbra.
Se interpretarmos literalmente os dia-
gramas das Figs. 5 e 6 concluiremos que,
para um observador na Terra, a Lua deve
se tornar invisível quando ela se encontrar
completamente imersa no cone de som-
bra, pois não haverá mais luz solar para
ser refletida em direção à Terra. Entre-
tanto, conforme a fotografia da Fig. 2, a
Lua se apresenta ainda iluminada com luz
amarela alaranjada! A atmosfera terrestre
desempenha um papel importante para
que ocorra a iluminação da Lua quando
ela já se encontra completamente imersa
no interior do cone de sombra. O fenô-
meno responsável por isso é a refração; a
refração atmosférica sempre eleva a ima-
gem de um objeto celeste, a menos que o
objeto esteja no zênite, quando então a
sua altura já é a máxima possível. Con-
forme indicado na Fig. 8, quanto menor
for a altura de um astro, maior será o
Figura 4 - Quando um raio de luz incide
perpendicularmente à superfície terrestre,
o seu caminho através da atmosfera é
mínimo; quanto mais perto do horizonte
se encontra o astro, mais longo é o per-
curso da luz dentro da atmosfera.
Figura 5 - Representação esquemática das condições para a ocorrência de um eclipse
total da Lua.
Figura 6 - Trajetória da Lua no plano per-
pendicular ao eixo do cone de sombra da
Terra em 20 de fevereiro de 2008.
Figura 7 - Trajetória da Lua no plano per-
pendicular ao eixo do cone de sombra da
Terra durante um eclipse parcial.
maneira tão diferenciada quanto no espa-
lhamento de Rayleigh. Para esses grãos de
poeira, cujo tamanho é semelhante ao
comprimento de onda da luz, a intensi-
dade da radiação espalhada é inversamente
proporcional à primeira potência do
comprimento de onda. Mesmo assim, esse
efeito se soma ao espalhamento pelas
moléculas de gás, de forma que, quanto
mais poeira houver na atmosfera, mais
vermelho será o Sol no crepúsculo.
As cores da lua cheia
A Lua reflete a luz branca proveniente
do Sol. Embora nosso satélite pareça
muito brilhante, reflete apenas 6,7% da
luz que recebe do Sol [3], estando entre os
objetos de menor refletividade do sistema
solar. As partes mais brilhantes de sua
superfície são as regiões mais altas e com
crateras, compostas de rochas ricas em
cálcio e alumínio. As regiões mais escuras
são zonas mais baixas, chamadas ‘mares’,
compostas de rochas basálticas que
refletem muito pouco a luz, daí sua cor
acinzentada.
Quando vemos a lua cheia nascendo

23Física na Escola, v. 9, n. 2, 2008 As cores da lua cheia
desvio de sua posição real.
Os raios de luz provenientes da estrela
na posição 3 não sofrem desvio porque
incidem perpendicularmente na atmosfe-
ra; os raios provenientes da estrela na po-
sição 2 sofrem desvio e o observador a
enxerga na posição aparente 2. Os raios
provenientes da estrela na posição 1 so-
frem um desvio ainda maior, e o obser-
vador a enxerga na posição aparente 1. É
devido à refração da luz solar na atmos-
fera da Terra que ainda podemos ver o
disco do Sol, por inteiro, sobre o horizonte,
até 2 minutos depois de ele ter realmente
começado a se pôr (isto é, quando de fato
a borda inferior do disco solar já desceu
abaixo da linha do horizonte). A refração
atmosférica determina que a lua cheia
nascente já possa ser vista no horizonte
quando, na realidade, ainda se encontra
abaixo da linha do horizonte!
Durante um eclipse lunar total, a luz
solar que atravessa tangencialmente a
atmosfera da Terra sofre refração, sendo
desviada para dentro do cone de sombra
da Terra, iluminando fracamente a Lua.
Mas essa luz já está quase desprovida de
suas componentes com freqüências mais
altas, as quais foram espalhadas como
discutimos anteriormente. A luz que con-
segue atravessar a atmosfera, ingressando
na umbra, resulta então apresentar tona-
lidades que vão do amarelo brilhante, pas-
sando pelo laranja e podendo chegar até o
vermelho. Um astronauta que estivesse
na Lua durante um eclipse total veria o
Sol completamente eclipsado pela Terra,
a qual apareceria como um disco escuro
circundado por um halo avermelhado de
luz solar, pois o grande espalhamento na
atmosfera terrestre das freqüências próxi-
mas à da cor azul determina a chegada de
luz avermelhada aos olhos do astronauta.
Essa luz avermelhada que atinge a Lua é
refletida e retorna em direção de quem
observa o eclipse da Lua na superfície da
Terra. A Fig. 9 representa de forma esque-
mática o trajeto da luz que ingressa na
umbra após atravessar a atmosfera, ilu-
minando a Lua.
Enquanto a Lua transita dentro do co-
ne de sombra, a iluminação da sua super-
fície é variável, mudando inclusive de
tonalidade. Isso mostra que o cone de som-
bra não é uniformemente escurecido, sendo
mais escuro na parte mais central, perto
do seu eixo. Na fotografia da Fig. 2 vemos
que a iluminação da superfície da Lua não
é homogênea. A parte amarela brilhante
da Lua se encontra mais próxima da borda
do cone de sombra do que a região diame-
tralmente oposta. A região mais próxima
à borda da umbra é iluminada por luz
menos desviada por refração na atmosfera
da Terra e que, por ter sido refratada em
uma camada atmosférica mais alta e
menos densa, sofreu menos espalhamento,
deixando essa parte da umbra relativamen-
te brilhante. A região mais próxima do eixo
da umbra é iluminada por luz que, tendo
atravessado as camadas mais baixas e mais
densas da atmosfera da Terra, desvia por
refração e espalha mais a luz do Sol, trans-
mitindo luz menos intensa e mais averme-
lhada [5].
A Fig. 9 indica que a luz desviada pela
refração atmosférica para o interior da
umbra possui coloração (e intensidade)
diferente, variando com o trajeto percor-
rido ao cruzar a atmosfera.
Dependendo das condições da atmos-
fera, como por exemplo o tamanho das
partículas, o espalhamento das freqüências
mais altas que constituem a luz branca
solar se dará de maneira diferente. Assim
sendo, durante um eclipse total da Lua po-
dem acontecer cores mais ou menos ama-
relas, laranjas ou vermelhas, sendo que a
intensidade da iluminação da Lua também
pode variar de um para outro eclipse. O
brilho da Lua depende da trajetória que ela
segue dentro da umbra (quanto mais perto
do centro da umbra passar a Lua, mais
escuro será o auge do eclipse) e de quanta
luz é refratada na nossa atmosfera para o
interior da umbra. Outros fatores que
contribuem para eclipses mais escuros são
o excesso de nuvens no terminadouro2 da
Terra e a quantidade de partículas sólidas
suspensas na atmosfera, como poeira e
Figura 8 - Devido à refração atmosférica, os raios luminosos parecem vir de uma direção
um pouco acima da posição real do astro.
Figura 9 - A luz solar que atravessa a atmosfera, ingressando no cone de sombra da
Terra, é amarela alaranjada devido ao espalhamento do azul na atmosfera e é desviada
por refração para dentro do cone de sombra.

24 Física na Escola, v. 9, n. 2, 2008As cores da lua cheia
Referências
[1] F.L. Silveira e A. Medeiros, Física na Es-
cola 7(2), 67 (2006).
[2] D. Lynch and W. Livingston, Colors and
Light in Nature (Cambridge University
Press, Nova York, 1995).
[3] C.W. Allen, Astrophysical Quantities (The
Ahtlone Press, London, 1973).
[4] I.G. Varela e P.D.C.F. Oliveira, Urano-
metria Nova, Circular Astronômica
n. 32. Disponível em http://
www.uranometrianova.pro.br/
circulares/circ0032.htm. Acessado em
abril de 2008.
[5] R.A. Keen, What will 2004´s Lunar
Eclipse look like?. Disponível em: http:/
/eclipse.gsfc.nasa.gov/LEmono/
TLE2004Oct28/image/
TLE2004keen.html. Acessado em abril
de 2008.
[6] F. Espenak, Danjon Scale of Lunar Eclipse
Brightness. Disponível em http://
eclipse.gsfc.nasa.gov/OH/
Danjon.html. Acesso em 2005.
cinzas vulcânicas. Grandes erupções
vulcânicas, que jogam muitas partículas
de cinza na atmosfera, geralmente são
seguidas durante vários anos por eclipses
muito escuros e vermelhos [6]. O astrô-
nomo francês André Danjon propôs uma
escala de cinco graus para avaliar o brilho
e a cor da Lua durante um eclipse total,
atribuindo o grau 0 para eclipses muito
escuros, em que a Lua fica quase invisível,
até o grau 4 para eclipses em que a Lua
fica com tons alaranjados ou acobreados,
muitas vezes mostrando uma margem
brilhante azulada.
Conclusão
As cores que a lua cheia apresenta
dependem da luz solar que chega até ela e
é refletida, mas resulta também das condi-
ções da atmosfera terrestre, que pode sub-
trair, por espalhamento, luz com freqüên-
cia na faixa próxima da cor azul. A
atmosfera da Terra também é responsável
por podermos enxergar a Lua mesmo em
eclipses lunares totais, quando refrata e
ao mesmo tempo espalha fortemente os
raios do Sol quase tangentes à superfície
do planeta, fazendo com que eles ilumi-
nem a umbra com luz amarela, laranja e
vermelha. Assim, a lua cheia tem cores
variáveis durante a sua viagem através
do céu noturno e, mesmo quando escon-
dida à sombra da Terra, nos proporciona
um espetáculo inusitado e belo.
Agradecimento
Agradecemos à Profa. Maria Cristina
Varriale do IM-UFRGS pela leitura crítica
e pelas sugestões apresentadas a este
artigo.
Notas
1O espalhamento da luz é o fenômeno
pelo qual a luz, ao interagir com pequenas
partículas, sofre mudança aleatória em
sua direção. A intensidade da luz espa-
lhada depende do tamanho da partícula
comparada com o comprimento de onda
da luz. O espalhamento da luz não pode
ser confundido com a dispersão da luz. A
dispersão acontece se a velocidade de pro-
pagação da luz (ou de qualquer onda) em
um meio depender da freqüência da luz,
isto é, luzes com cores diferentes viajam
através do meio com velocidades diferen-
tes. Desta forma, na dispersão o índice de
refração da luz muda com a freqüência.
A dispersão acarreta, por exemplo, que a
luz branca que atravessa um prisma apre-
sente-se decomposta nas cores do arco-
íris, pois os raios luminosos com freqüên-
cias diferentes, emergem do prisma
segundo direções um pouco diferentes,
sendo a luz vermelha a que menos se
refrata e a azul a que sofre maior refração.
2Terminadouro é a margem entre o
hemisfério iluminado e o hemisfério
escuro de um corpo que não emite luz
própria.
Satélite
Fim de tarde.
No céu plúmbeo
A lua baça
Paira
Muito cosmograficamente
Satélite.
Desmetaforizada,
Desmitificada,
Despojada do velho segredo de
melancolia,
Não é agora o golfão de cismas,
O astro dos loucos é dos enamorados,
Mas tão-somente
Satélite.
Ah Lua deste fim de tarde,
Demissionária de atribuições românticas,
Sem show para as dìsponibilidades
sentimentais!
Fatigado de mais valia,
Gosto de ti assim:
Coisa em si,
- Satélite.
Poemas extraídos do livro Bandeira - Antologia Poética (Livraria José Olympio Editora, Rio de Janeiro, 1980), 10ª ed.
Lua Nova
Meu novo quarto
Virado para o nascente:
Meu quarto, de novo a cavaleiro da
entrada da barra.
Depois de dez anos de pátio
Volto a tomar conhecimento da aurora.
Volto a banhar meus olhos no mônstruo
incruento das madrugadas.
Todas as manhãs o aeroporto em frente
me dá lições de partir:
Hei de aprender com ele
A partir de uma vez
- Sem medo,
Sem remorso,
Sem saudade.
Não pensem que estou aguardando a lua
cheia
- Esse sol da demência
Vaga e noctâmbula.
O que eu mais quero,
O de que preciso
É de lua nova
Manuel Bandeira e a Lua
Manuel Bandeira, Recife, PE
19/4/1886-13/10/1968