SOLSTÍCIO DE LUZ

Crónica primeiramente publicada na imprensa regional.

Pela janela do meu planeta entra a Luz que o enche de vida.

É uma janela admirável, debruada com pôr-de-sóis, alvoradas e outros fenómenos celestiais.

Por ela entra a Luz Solar com que “retino” e admiro os dias terrestres. Por ela vejo outros pontos irradiadores e reflectores de luz quando, por ausência ou diminuição da primeira, me encho de noite, me tapo com ócio, ou me deslumbro com o que estava ofuscado. De noite, reflecte no solo Lunar, mostrando-o diferente de quarto em quarto.

Luz é também a parte visível ao meu olho de toda a radiação electromagnética que as estrelas, como o Sol, irradiam para o espaço. Luz é energia que aquece o meu planeta e que as plantas usam para juntar peças de carbono na forma de açúcares.

A janela do meu planeta não está sempre com a mesma abertura ao longo da sua viagem de translação solar. O trilho elíptico e o eixo inclinado do meu pião planetário fazem com que, ao longo do ano, a luz passe pela janela com intensidades e periodicidades diferentes. Como resultado, o meu planeta veste-se com estações de vida, composições e estados físico-químicos diferentes, de quarto em quarto, por estas latitudes.

É como se a janela do meu planeta tivesse uma portada e uma persiana. A luz que por ela entra depende da posição combinada dos dois obliteradores.

A persiana sobe e desce com uma periodicidade diária. Ao subir, enche o dia de Luz. Quando desce, apaga as sombras deixando breu.

A portada abre e fecha com uma frequência e amplitude que depende da latitude em que estou no meu planeta. No equador, está sempre aberta. Nos trópicos oscila a um ritmo quaternário, mas nunca está totalmente aberta ou fechada. Nos pólos é binário: seis meses aberta, seis meses encerrada.

Nesta altura natalícia e neste Ano Internacional da Luz, mais precisamente no dia 22 de Dezembro, pelas 04h48 min (hora continental), a portada da janela do meu planeta recomeçou a abrir-se, para semear, dia a dia, a noite de luz.

Dizem os antigos que é a vitória da luz sobre as trevas. Diz a ciência que ocorreu o solstício de Inverno. Dizemos todos que, por estas latitudes, os dias vão ter cada vez mais luz, vão ser cada vez mais compridos, até que a janela do meu planeta fique o mais aberta que lhe é possível por alturas do solstício de verão. Mas isso é só para o Ano Novo que, por estes dias de festa, também começa.

Luz crescente, renovada esperança, acordam as sementes adormecidas, florescem os botões de fertilidade. Maior exposição solar e com maior intensidade, maior a fotossíntese. Maior também a temperatura e os cristais de gelo, refulgentes estrelas de natal, recompõem-se na água líquida, fluido de vida, de viagem, de mudança.

Bom Natal

António Piedade

LUZ INVISÍVEL

Texto primeiramente publicado na imprensa regional portuguesa.

Há mais luz para além da luz visível. Para além do arco-íris, há muita mais luz que é invisível aos nossos olhos.

A luz solar influenciou e permitiu o desenvolvimento da vida tal qual a conhecemos no planeta Terra. A vida adaptou-se ao intervalo de energias em que a radiação emitida pelo Sol é mais intensa. A evolução dos olhos, iniciada há cerca de 560 a 520 milhões de anos durante o Câmbrico (caracterizado por uma intensa revolução na vida na Terra em que se formaram quase todos os grandes grupos de animais), permitiu aos seres vivos detectar essa luz solar, torná-la um sentido visível e receber muita informação sobre o meio envolvente. Permitiu aos seres que desenvolveram olhos localizar predadores e prezas à distância, evitar obstáculos, potenciar uma ágil mobilidade. 

À luz solar a que os nossos olhos são sensíveis e que está belamente resumida no arco-íris, chamamos naturalmente luz visível. Mas esta constitui um pequeno intervalo no largo espectro de luz (ou radiação electromagnética) que hoje conhecemos e detectamos científica e tecnologicamente.

A zona visível do espetro, compreendida entre o vermelho e o violeta, situa-se entre o infravermelho (invisível, de frequência ou energia menor que a radiação visível) e a luz ultravioleta (também invisível, mas de frequência ou energia mais elevada que a radiação visível). Diga-se que frequência é o número de repetições, ou ciclos, da onda por unidade de tempo. Os cientistas descobriram que há uma relação proporcional entre a frequência e a energia: quanto maior a frequência de uma dada radiação electromagnética (aqui genericamente designada por luz) maior a sua energia.

Foi em 1800 que o físico inglês William Herschel descobriu a luz infravermelha. Um termómetro colocado na zona invisível, perto da zona vermelha do espetro visível, revelou uma nova radiação. Esta experiência clássica expandiu o conhecimento para a existência de luz invisível. A luz infravermelha é usada hoje, por exemplo, nos comandos da televisão. 

Em 1801, o físico alemão Johann Wilhelm Ritter investigou o outro lado do espectro visível e detectou a existência do que ele chamou de "raios químicos" (raios de luz invisíveis que provocavam reações químicas). Estes raios comportavam-se de forma semelhante aos raios de luz violeta visíveis, mas estavam para além deles no espectro. O termo "raios químicos" foi posteriormente mudado para radiação ultravioleta. A luz ultravioleta, tal como outros tipos de radiações, é emitida pelo Sol. Mas é absorvida pela atmosfera, excepto no famoso “buraco de ozono” na Antártida.

O espetro eletromagnético compreende ainda radiações invisíveis de mais baixa frequência como as ondas de rádio, de televisão e as micro-ondas – com aplicações nas telecomunicações - e de muito mais elevada frequência, como os raios X e os raios gama – que têm aplicações médicas tanto em diagnóstico como em terapia.

Os raios X foram descobertos em dezembro de 1895 pelo físico alemão Wilhelm Roentgen, quando estudava a passagem de correntes elétricas em tubos cheios de determinados gases (tubo de Crookes). Essa experiência foi repetida em Coimbra cerca de um mês depois, uma vez que os instrumentos necessários (bobina de Ruhmkorff e o tubo de Crookes) existiam no Laboratório de Física da Universidade de Coimbra.

Os raios gama foram descobertos em 1900 pelo químico e físico francês Paul Ulrich Villard, ao estudar uma das propriedades do Urânio. Mas foi só em 1910 que o físico britânico William Henry Bragg mostrou que essa forma de energia era realmente radiação electromagnética muito energética. Por outras palavras, os raios gama são a luz invisível que conhecemos com a frequência mais elevada.

Temos assim e simplificadamente o espectro de luz que conhecemos no universo, distinguido em regiões, ordenadas da menor para a maior energia: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

António Piedade

À LUZ DO ARCO-ÍRIS

Texto primeiramente publicado na imprensa regional.

O arco-íris deslumbra o nosso pensamento. É um fenómeno óptico e meteorológico natural de uma beleza luminosa. O contraste entre o cinzento carregado do horizonte nebuloso e as cores vivas e radiantes do arco que surge à nossa frente quando o sol aparece por entre as nuvens, envolve a fronteira da mudança com um halo misto de espanto e maravilhamento. Se hoje compreendemos a natureza do arco-íris, muitos milénios houve na história da humanidade em que o seu aparecimento era sinal de intervenção divina a anunciar melhores tempos ou a celebrar alianças.

Devemos a compreensão científica do arco-íris ao entendimento que foi sendo iluminado fisicamente sobre dois fenómenos ótpicos: a reflexão e a refracção. Na reflexão, um raio de luz ao encontrar uma superfície dita reflectora, como por exemplo um espelho, inverte o sentido de propagação segundo um ângulo bem definido. A refracção ocorre quando um raio de luz passa de um meio, por exemplo ar, para outro, por exemplo água, e sofre uma mudança na sua direcção de propagação, segundo um ângulo também bem definido e que depende da natureza dos dois meios atravessados.

A reflexão é conhecida desde a Antiguidade clássica e está, por exemplo, descrita na geometria de Euclides (c. 300 a.C.). A refracção só foi descrita matematicamente em 1621 pelo holândes Willebrord Snellius, tendo sido, contudo, publicada alguns anos mais tarde pelo francês René Decartes. Assim, a lei que a designa é conhecida por lei de Snell, ou por lei de Descartes. Mas foi Descartes quem, em 1637, primeiramente discutiu, de um ponto de vista científico, a natureza do arco-íris. Contudo a sua compreensão deve muito ao inglês Isaac Newton que demonstrou, em 1666, que um raio de luz solar pode ser decomposto em várias luzes coloridas ao atravessar um prisma.

Mas afinal, o que é o arco-íris e porque é que surge depois de uma tempestade ou forte chuvada e quando surge o Sol por entre as nuvens? Para o explicar é necessário sabermos, em primeiro lugar, que a luz visível irradiada pelo Sol é constituída por um conjunto de radiações electromagnéticas que possuem frequências diferentes a que correspondem cores diferentes. Quando a luz do Sol atravessa o ar, todos os raios de frequência diferente que a compõem permanecem “juntos” criando a ilusão de se tratar de um único. Contudo, quando encontra e atravessa um meio diferente como seja um cristal, um prisma ou uma gota de água, algo de maravilhoso acontece: a luz solar é refractada e decompõe-se no espectro das suas componentes coloridas (vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta). Isto acontece porque cada uma das radiações que compõem a luz solar possuem, como já se disse, frequências diferentes a que correspondem energias diferentes. Ao mudar de meio cada um dos raios sofre um desvio na sua direcção de propagação (é refractado) que é tanto maior quanto maior for a sua energia (frequência). Nos extremos do arco-íris encontramos a cor vermelha e o violeta a que correspondem respectivamente uma energia (frequência) menor e maior.

No caso do arco-íris, o meio refractário que a luz Solar encontra é a gota de água. Vamos então tentar seguir, com ajuda da figura ao lado, um raio de luz no seu percurso através de uma gota de água que é aqui considerada como perfeitamente esférica para facilitar a explicação. Assim que o feixe de luz solar atravessa a superfície da gota no ponto A, sofre uma ligeira mudança na sua direcção (é refractado). Ao atingir a superfície interna oposta da gota, ponto B, parte do feixe de luz é reflectido no sentido oposto ao movimento que trazia e numa direcção diferente, uma vez que esta superfície interna da gota funciona como um espelho côncavo. O feixe reflectido atravessa então de novo a gota até sair dela no ponto C. Como neste ponto ocorre uma mudança de meio, a direcção do feixe de luz é novamente ligeiramente alterada (refractada). Cada um dos componentes da luz solar sofrerá este mesmo percurso mas, por terem frequências diferentes, os desvios de direcção sofridos por cada um deles será diferente. O resultado final é a sua separação num leque de feixes contíguos cada um com uma frequência específica e característica de cada uma das cores que podemos ver. Uma vez que uma gota de chuva típica é aproximadamente esférica isto produz um efeito na refracção e reflexão da luz Solar que é simétrico em relação a um eixo imaginário que passe no centro da gota com a direcção do feixe incidente. Por isso o arco-íris é circular.

O feixe de luz inicial voltou desta forma para traz com uma nova direcção, separado nos seus componentes coloridos e poderá atingir a retina do(a) leitor(a) caso estejam reunidas algumas condições. A primeira tem a ver com a posição do Sol. Este, que se encontra sempre atrás do observador de um arco-íris, terá que estar entre determinadas alturas no horizonte. Quanto mais baixo o Sol estiver, mais alto estará o arco-íris. Ao pôr-do-sol será possível ver um semicírculo completo com o arco de cor vermelha no topo do arco-íris a fazer um ângulo máximo de 42º com o horizonte. Como cada uma dos componentes da luz solar sofre refracções e reflexões ligeiramente diferentes, eles “saem” da gota de água em direcções que fazem um ângulo diferente com o horizonte. Quando vemos um arco-íris, o que realmente estamos a observar é o resultado da refracção e reflexão da luz solar em diferentes gotas de água que se encontram a alturas diferentes, o que permite que os diferentes raios que saem em ângulos diferentes possam ser visualizados simultaneamente pelo mesmo observador.

Gostava de chamar a atenção do(a) leitor(a) para o facto de em certas condições se poder observar ao mesmo tempo dois arco-íris. Descrevemos o trajecto do raio de luz solar através de uma gota de água. Mas nem toda a energia do raio sai da gota após este ter sido reflectido. Uma “parte” do raio pode sofrer uma segunda reflexão no ponto C e atravessar de novo a gota emergindo dela num outro ângulo. O arco-íris que normalmente observamos é designado por primário e é o resultado de uma única reflexão do feixe de luz solar no interior da gota. O outro arco-íris é designado por secundário e surge devido à ocorrência de duas reflexões internas, o que faz com que os “raios vermelhos”, por exemplo, saiam da gota com um ângulo de 50º em vez de 42º. Isto ocasiona um segundo arco-íris no qual as cores estão invertidas relativamente ao primeiro como se de uma imagem espelhada do primeiro se tratasse.

Na próxima vez que se deparar com a visualização de um arco-íris olhe mais para cima e tente descortinar este segundo arco-íris. Devido ao maior percurso do raio de luz dentro da gota, a intensidade deste é comparativamente menor, o que justifica que seja de difícil visualização e passe muitas vezes despercebido.

António Piedade

"UMA BIOGRAFIA DA LUZ"

Texto publicado na imprensa regional:

Este ano celebra-se internacionalmente a luz. O estudo da luz desvenda-nos a natureza do Universo, a história da evolução do Cosmos. E neste ano, a editora Gradiva, a quem um dia o Professor José Mariano Gago apelidou de “Universidade Gradiva”, não podia deixar de nos proporcionar um livro sobre a luz.

Trata-se do mais recente volume, número 211, da prestigiada colecção “Ciência Aberta”, com o título “Uma Biografia da Luz – Ou a TristeHistória do Fotão Cansado”. O seu autor é o físico José Tito Mendonça, professor catedrático reformado do Instituto Superior Técnico (IST), mas que mantém actividade científica à frente do laboratório de átomos frios e plasmas quânticos do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear do IST.

A “Ciência Aberta” acolhe assim mais um autor português na sua galeria de excelentes divulgadores de ciência, e este livro enriquece o panorama da divulgação de ciência em língua portuguesa.

Esta biografia da luz foi lançada no passado dia 28 de Abril, no Pavilhão do Conhecimento, em Lisboa.

O livro apresenta, numa linguagem acessível e cativante, o essencial sobre a natureza e as propriedades da luz. Mas o autor também incluiu diversas passagens em que nos diz a sua opinião sobre a ciência e a vida, onde narra alguns episódios da sua actividade enquanto cientista. Como o próprio autor escreve na “Nota Prévia” com que abre o livro, “esta biografia da luz é polvilhada de fragmentos autobiográficos”. E este aspecto engradece o livro ao apresentar ao leitor vivências de como a ciência se faz, mas também a relação entre ciência e arte, numa manifestação multifacetada da luz na cultura humana. E de facto a luz é um tema transversal aos diversos territórios em que cresce o conhecimento humano.

As 267 páginas deste livro compreendem nove capítulos, a desvendar: 1 – Intróito, o pescador irrequieto; 2 – Dualidade; 3 – Ausências; 4 – Os fotões e a cor; 5 – Os lasers e eu; 6 – O quarto elemento; 7 – Estrelas, e mais além; 8 – Chuva cósmica; 9 – Conclusão, onde se fala sobre compreender a ciência e esta na terra dos sonhos.

José Tito Mendonça escreveu a pensar no leitor comum. Num convite à acessibilidade, não usou fórmulas e evitou fazer referências a trabalhos especializados menos conhecidos do grande público. É assim um livro para todos, que ilumina quem o ler. Neste ano Internacional da Luz, este é um livro a não perder.

António Piedade