A Natureza Celeste

A Refração Atmosférica e
seus Efeitos sobre o
Nascer e o Pôr do Sol

A que horas realmente
o Sol nasce e se põe?

        Talvez decepcionado ficaria quem se munisse de equações matemáticas para calcular o horário exato do nascer ou pôr do Sol considerando sua posição no globo terrestre, época do ano e fuso horário, e no final descobrisse que o Sol nasceu mais cedo ou se pôs mais tarde do que o calculado. Essa pessoa, numa revisão dos cálculos, não encontraria erros. Mas algo haveria de estar errado pois, numa observação de um pôr do Sol por exemplo, ele ainda estaria brilhando logo acima do horizonte quando os cálculos mostram que deveria estar se pondo.

        O problema aqui é um fator conhecido de todos nós, principalmente quando lidamos com água: a refração. O atraso do pôr do Sol ou o adiantamento do seu levantar são causados pela refração do ar que, apesar de muito menor que a da água, ainda é suficiente para desviar levemente os raios de luz que por ela passam. Na realidade, o desvio de um raio de luz ocorre quando ele passa por camadas de fluído (líquido ou gás) de diferentes densidades, ou quando muda de meio (desde que tenham densidades diferentes, como ar e água). Todos já puderam notar esses desvios numa piscina com água calma, por exemplo. Um raio de luz vindo do ar sofre um desvio ao passar para a água de modo que ele se aproxima da vertical (Fig 1), exceto os que incidem verticalmente à superfície da água. O desvio ocorre devido à mudança de meio, do ar para a água, meios esses que possuem densidades diferentes. Mas não é necessário que, para um raio de luz refratar, ele passe por meios diferentes. Como dito anteriormente, camadas de diferentes densidades dentro de um mesmo meio ocasionam também um desvio.

Fig 1 - A refração da luz na superfície da água.

        Um exemplo seria a atmosfera da Terra, que possui densidades diferentes de acordo com a altitude. Um raio de Sol vindo do espaço sofre um desvio ao entrar na atmosfera terrestre, pois passou de um meio de densidade nula (o vácuo do espaço) para um meio com uma certa densidade (Fig 2). Como o ar não é muito denso, esse desvio é pequeno. Observando-se a figura 2 nota-se que os raios de luz aproximam-se da vertical ao entrar na atmosfera, da mesma forma que eles aproximam-se da vertical ao passar do ar para a água. Portanto, qualquer objeto no espaço, como o Sol, a Lua, as estrelas, aparecerão ligeiramente mais altos no céu do que realmente estão. Essa mudança de posição é tanto maior quanto mais baixos no céu esses objetos se encontram, sendo nula quando um objeto está diretamente sobre nossa cabeça, pois raios que incidem verticalmente não sofrem desvio. Estando os objetos sempre mais altos no céu, o ocaso deles sempre atrasará, enquanto que o nascer deles sempre adiantará (Fig 3). Uma experiência pode ser feita ao se olhar para o Sol sob água de uma piscina calma. Como o desvio nesse caso é grande, o Sol aparecerá bem mais alto no céu do que quando olhado do ar. Podemos então definir a posição do Sol real (ou de qualquer corpo celeste, como as estrelas) como sendo o ponto onde ele realmente está, sem considerar a refração (onde o veríamos se não houvesse a atmosfera), e a posição do Sol aparente, que é o ponto onde realmente o enxergamos.

Fig 2 - O desvio de um raio de luz vindo do
espaço ao entrar na atmosfera da Terra.

 Fig 3 - O Sol real deverá estar abaixo do
horizonte para que tenhamos a
impressão de que ele está alinhado
com o mesmo, devido à refração
atmosférica.

        Em que momento então o Sol se põe? Bem, considera-se como pôr do Sol o momento em que uma pessoa, localizada em um ambiente plano, vê o último raio de luz do Sol desaparecer (Fig 4). Isso ocorre quando o centro do disco solar real atinge 50 minutos de arco abaixo da linha do horizonte. Esses 50 minutos vêm de uma soma de duas parcelas: o raio do disco solar que mede 16 minutos, e a componente da refração, que desvia os raios do Sol em 34 minutos quando este está próximo do horizonte. Na linha do equador o Sol atinge 50 minutos de arco abaixo do horizonte 3 minutos e 20 segundos após o centro do disco real do Sol cruzar a linha do horizonte. Em latitudes maiores, esse tempo será maior pois como o Sol se põe mais inclinado em relação a vertical, levará mais tempo para cobrir o espaço vertical de 50 minutos de arco. Ou seja, quando vemos o Sol se pondo, ele na realidade já se pôs.

Fig 4 - O momento em que o Sol aparente, ou o Sol que realmente vemos,
       desaparece atrás da linha do horizonte é caracterizado como o pôr do Sol.
Isso acontece quando o Sol real já está com seu centro a 50 minutos
de arco abaixo do horizonte. Desses 50 minutos de arco, 16 são
devido ao raio do disco solar, e os outros 34 são devido à refração
atmosférica.

        A capacidade do ar de desviar os raios de luz muda ligeiramente de acordo com o perfil vertical de temperaturas, que provocam mudanças de densidade no ar, mas normalmente considera-se aqueles 50 minutos como o desvio total dos raios de luz que entram na atmosfera tangenciando a superfície do planeta, como na figura 3.