Por que o espaço é escuro se o Sol ilumina todo o Sistema Solar?

Quando vemos fotos e vídeos da superfície da Lua, parece que nosso satélite natural está "mergulhado" em uma noite eterna. Mesmo que o Sol iluminasse a região onde naves pousaram por lá na era Apollo, não vemos um céu claro, como o da Terra durante o dia. É como se os raios solares fossem insuficientes para que a Lua tivesse uma tarde ensolarada como a nossa. Mas por que o espaço parece sempre escuro, se o Sol brilha o tempo todo?

• O que aconteceria com o planeta se os humanos desaparecessem de repente?
• Eis como o universo "perdeu" a chance de gerar vida logo após o Big Bang
• Por que a gravidade nos puxa sempre para baixo aqui na Terra?

Se acompanharmos outras missões espaciais, veremos que isso não acontece apenas na Lua. Quando astronautas na Estação Espacial Internacional fazem uma caminhada espacial, por exemplo, ficam sempre sob um “céu” escuro como a noite terrestre. Na verdade, todo o universo é escuro, salvo exceções, como o céu do nosso planeta ou de mundos como Marte.

Se você estiver pensando que a resposta é óbvia, saiba que essa questão é complicada até mesmo para os cientistas. Claro, há um detalhe muito importante em nosso planeta que nos permite apreciar um céu claro: a atmosfera. É graças a ela que a luz solar interage com partículas, e acaba se dispersando, produzindo cores. O resultado não é exatamente um céu branco, mas azul durante o dia.

Nossa atmosfera faz muitas coisas incríveis, como absorver algumas faixas de comprimento de ondas da luz solar, como a faixa do ultravioleta. Ela também reflete as ondas de rádio de até 30 MHz, aproximadamente. Por fim, a faixa de onda azul da luz solar tem o comprimento de onda exato para ser espalhada em todas as direções pelas moléculas da atmosfera. Daí o céu azulado. Em Marte, por outro lado, o céu diurno é de um tom amarelo-marrom, com o azul aparecendo apenas durante o pôr-do-Sol — ou seja, o inverso da Terra, onde de dia o céu é azul e os momentos antes do anoitecer costumam ter tons alaranjados.

Então, parece lógico concluir que a Lua, por exemplo, não tem um céu claro por falta de uma atmosfera. Essa afirmação está correta, mas não completa. Na astrofísica, essa questão é conhecida como Paradoxo de Olbers, e muitos cientistas e astrônomos famosos, como Johannes Kepler e Edmond Halley, tentaram resolvê-lo. Mas, para entender o tamanho desse problema, é preciso ter em mente o contexto da época em que ele foi proposto — o ano era 1826 e os cientistas ainda defendiam a tese do universo eterno.

Por universo eterno, entende-se que não houve um Big Bang, e sim um espaço e tempo infinito para trás e para frente. Ou seja, o universo sempre existiu e sempre existirá. Mas se o universo é infinito e repleto de estrelas, por que ainda vemos espaços escuros entre elas? Deveríamos ver tantas estrelas à noite que o céu teria uma distribuição homogênea de luz, mas não é isso o que ocorre.

Muitas explicações já foram propostas para resolver o paradoxo. Em 1901, por exemplo, o físico Lord Kelvin propôs que o tempo de vida das estrelas é muito curto para o céu parecer tão brilhante. Isso é verdade, mas ainda não soluciona o problema por completo. A melhor solução no momento é que o universo não é infinitamente antigo, mas tem algo próximo de 13,8 bilhões de anos.

Isso significa que só podemos ver objetos tão distantes quanto a distância que a luz pode percorrer em 13,8 bilhões de anos. Se houver estrelas mais distantes que 13,8 bilhões de anos-luz, a luz delas ainda não teve tempo de nos alcançar. Essa explicação ignora o problema da expansão do universo, que coloca objetos cada vez mais distantes de nós, e ainda assim podemos ver suas luzes, por causa do redshift.

A expansão do universo, no entanto, não contradiz a solução acima, mas pode complementá-la. A expansão faz com que luzes estelares fiquem ainda mais fracas, pois, quando uma fonte de luz está se afastando de nós, o comprimento de onda dessa luz é maior — o que significa que ela fica vermelha. Se essa fonte de luz se afastar demais, o comprimento de onda pode mudar tanto que não será mais visível.

Em outras palavras, as luzes emitidas por fontes que estão se afastando — como galáxias distantes — estão se tornando infravermelhas, micro-ondas e ondas de rádio, que não são visíveis para os olhos humanos, e, portanto, vemos apenas escuridão. Há ainda outros problemas, como as nuvens de poeira cósmica, que bloqueiam parte da luminosidade de muitas estrelas de nossa própria galáxia e impedem que o céu noturno seja um clarão cósmico.

Isso não quer dizer, no entanto, que não existe luz no universo como um todo. Na verdade, se pudéssemos enxergar a luz na faixa do micro-ondas, veríamos tudo muito iluminado, graças à radiação cósmica de fundo, que é vestígio do Big Bang. Portanto, o universo tem, de certo modo, seu brilho próprio — nós é que somos incapazes de enxergá-lo sem equipamentos específicos para "traduzir" o que é "visto" em outros comprimentos de onda.

Fonte: Live Science, NASA