Por que o céu é azul?

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Antes de haver um receptor de Sistema de Posicionamento Global (GPS) em cada carro (ou nas mochilas de caminhantes rebeldes), havia a bússola magnética. Na verdade, antes que houvesse carros e mochilas de náilon, exploradores, marinheiros e piratas usavam suas bússolas de confiança para se orientar no grande e inexpressivo oceano. Mesmo em uma noite nublada, sem estrelas para guiá-lo, um pequeno pedaço de metal magnetizado, montado de forma que pudesse oscilar livremente, dizia que caminho era o norte.

O que há de tão especial no norte? Se você sabe onde fica o norte, você sabe tudo. Vire para o norte e o sul estará atrás de você, o leste à sua direita e o oeste à sua esquerda. Gire uma bússola portátil e a agulha, estranhamente, não girará com ela.

Sentindo uma atração que desconhecemos, a agulha de metal flutuante se move sozinha, como o ponteiro de um tabuleiro Ouija de filme assustador. A agulha parece desenhada em direção a algum farol distante, sentindo a atração até mesmo através das paredes.

Mas a agulha de uma bússola não é feita de qualquer metal antigo. Em vez disso, é um metal que foi magnetizado. Este ímã fino e leve tem seus próprios pólos norte e sul, que são atraídos pelos pólos opostos de outros ímãs. Enquanto isso, o ímã está livre para girar em qualquer direção.
Felizmente para os viajantes perdidos (especialmente antes do rastreamento por GPS em telefones celulares e carros), o planeta em que viajamos é um ímã. As bússolas de bolso respondem ao magnetismo da Terra alinhando-se em seu campo magnético. Assim, mesmo em uma noite nublada, sem estrelas para guiá-lo, um marinheiro à deriva em um mar escuro pode encontrar o “norte” - e, portanto, o sul, o leste e o oeste.

(O campo da Terra se inverte a cada 500.000 anos ou mais, mas por agora, o pólo 'sul' da Terra está no norte, seu pólo 'norte' no sul. É por isso que o pólo norte de uma agulha magnetizada, atraída pelo seu oposto, apontar para o norte. Cerca de 800.000 anos atrás, as agulhas da bússola apontariam para o sul.)

Os seres humanos usam bússolas para navegar há mais de 2.000 anos. As primeiras bússolas eram feitas de madeira, cobertas com um pouco de magnetita, um minério de ferro naturalmente magnético. Flutuando na água ou em outro líquido, a bússola de madeira estava livre para se mover, o ímã girando até se alinhar com o campo da Terra.

Os cientistas pensam que o campo magnético da Terra é gerado por correntes elétricas em loop no núcleo de metal líquido (superquente) de nosso planeta. Imagine uma barra magnética presa verticalmente no centro da Terra, seu campo invisível se projetando no espaço como uma figura 8 horizontal.
Embora não percebamos, objetos magnetizados sentem sua atração.

Mas embora a Terra seja grande, seu campo magnético é bastante fraco. Nosso ímã planetário é milhares de vezes mais fraco do que os ímãs em sua geladeira, que podem manter as fotos das aulas e listas de compras presas à porta de metal (ou agarrar um clipe de papel perdido se ele chegar muito perto).

O campo magnético da Terra varia em todo o planeta, mas é mais forte nos pólos. A força magnética é geralmente medida em unidades de gauss ou tesla. Na sua forma mais fraca, em partes da América do Sul, a força do campo da Terra é de cerca de 0,3 gauss (30 microteslas). Perto dos pólos magnéticos norte e sul, a força aumenta para cerca de 0,65 gauss (65 microteslas). Em contraste, aquele pequeno ímã em forma de vaca em sua geladeira pode ter 50 gauss (5.000 microteslas) de força. Portanto, não é de se admirar que o fraco magnetismo da Terra não possa fazer os clipes de papel migrarem em massa para os pólos.


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Os dias frios do outono são aparados com céus azuis profundos e luz dourada, e folhas brilhantes de amarelo, laranja e vermelho. As folhas que mudam de cor no outono são uma forma de as árvores se prepararem para o longo inverno, assim como colocamos janelas contra tempestades e retiramos roupas quentes e cobertores do armazenamento. No verão, as folhas de árvores como carvalhos e bordos de açúcar são verdes, porque estão repletos do pigmento verde clorofila.

As árvores precisam de luz solar para produzir clorofila. Por sua vez, a clorofila usa a energia da luz solar para dividir a água (HdoisO) em hidrogênio e oxigênio. Enquanto isso, as folhas também absorvem o gás dióxido de carbono do ar. Os produtos finais da química das folhas: carboidratos (alimento vegetal caseiro para a árvore) e oxigênio, liberado no ar (o gás que precisamos respirar). Todo o processo é chamado de “fotossíntese”.

Junto com a clorofila verde, a maioria das folhas também contém pigmentos amarelos, laranja e vermelho-laranja, os carotenóides. As árvores não precisam de luz para fazer carotenóides. Os botânicos os chamam de pigmentos auxiliares, porque os carotenóides absorvem um pouco da luz solar e (bem) passam a energia para a clorofila. Não vemos muitos desses pigmentos substitutos (caroteno, licopeno e xantofila) no verão, porque eles são mascarados por clorofila verde abundante.

Mas os dias cada vez mais curtos do outono significam menos luz do dia e clima mais frio. A árvore média está correndo para economizar todos os nutrientes que puder para sua hibernação de inverno. O nitrogênio e o fósforo são extraídos das folhas para armazenamento nos galhos. Uma camada de células corky cresce entre as hastes das folhas e seus ramos, reduzindo o fornecimento de nutrientes e água pelas folhas.

Com a diminuição da luz solar, da água e dos nutrientes, a síntese da clorofila fica mais lenta. Mas a clorofila velha e desgastada se decompõe na taxa normal - ironicamente, a luz do sol a destrói - então o estoque de cada folha diminui gradualmente. Em muitas árvores, à medida que o verde desaparece, pigmentos amarelos e laranja emergem do esconderijo. (Isso inclui carotenos, os pigmentos que colorem as cenouras com laranja.)

Mas os pigmentos vermelhos e roxos se formam nas folhas quando o clima fica frio, tingindo as folhas de algumas árvores de escarlate e vinho. (Os pigmentos são as antocianinas, que também tornam os rabanetes vermelhos, as berinjelas roxas e os mirtilos azuis.) Os botânicos há muito se perguntam por que algumas árvores são geneticamente programadas para fabricar antocianinas no outono. Uma nova pesquisa indica que as antocianinas podem ser o protetor solar da própria árvore.

As antocianinas são feitas na seiva açucarada de uma folha, com a ajuda de muito sol e temperaturas amenas. Os botânicos pensam que as antocianinas protegem as fábricas de fotossíntese das folhas do excesso de luz solar, assim como o pigmento melanina protege nossa pele do sol. Enquanto os pigmentos vermelhos agem como um escudo, a árvore se quebra febrilmente e puxa os nutrientes das folhas para seus galhos e tronco, antes que as folhas caiam ou morram.

As antocianinas também podem agir como vitaminas C ou E, eliminando os chamados radicais livres antes que eles possam causar danos oxidantes à frágil estrutura da folha que cai.

As folhas superiores e externas tendem a ser mais avermelhadas, uma vez que são mais expostas ao sol e ao frio. Em algumas árvores, como o bordo de açúcar, os vermelhos das antocianinas combinados com os amarelos dos carotenóides formam folhas de laranja especialmente brilhantes.

A cor que sai é herdada principalmente, como a cor do nosso cabelo. Mas se essas cores são opacas ou brilhantes depende do clima.

Os tons mais profundos e brilhantes se desenvolvem após semanas de clima frio e ensolarado de outono. Por exemplo, quando a temperatura cai para entre 32 ° F e 45 ° F (0 ° C e 7 ° C), mais antocianinas se formam. Nos Estados Unidos, o clima ideal para uma folhagem deslumbrante é encontrado em lugares como Vermont.

À medida que o outono se transforma em inverno, as cores também desbotam e as folhas se soltam de suas amarras. As folhas são presas aos ramos pelos caules. À medida que o tempo esfria, as células no final de cada haste se desfazem. Por fim, cada folha é mantida em seu galho apenas pelas finas veias pelas quais a água e os nutrientes fluíam. Um vento leve ou chuva pode quebrar esses fios frágeis, enviando as folhas à deriva para a terra em um tapete colorido.

Os pigmentos amarelos e vermelhos podem permanecer nas folhas por dias após terem caído no chão. Gradualmente, porém, os pigmentos coloridos se desintegram. Tudo o que resta são os taninos - substâncias químicas marrons que também dão cor ao chá.

As folhas agora marrons, sem água, secam. Pegados pelo vento, eles rodopiam no ar em ciclones frondosos e estalam sob os pés no Halloween.


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Os camelos, ao contrário das pessoas, cabem em terras secas como uma mão em uma luva.

O corpo de um camelo é ideal para a secura extrema e as oscilações extremas de temperatura da vida no deserto: calor diurno, frio noturno, rajadas violentas de areia e pouco acesso à água.

Pensamos nos camelos como se arrastando pelos desertos de países como a Arábia Saudita. Mas, surpreendentemente, os ancestrais (do tamanho de um coelho) dos camelos modernos evoluíram na América do Norte, cerca de 45 milhões de anos atrás. Ao longo de milhões de anos, os camelos do tamanho de cabras e maiores evoluíram. Os camelos viveram em toda a América do Norte, do Canadá ao México.

Na verdade, oito tipos diferentes de camelos viviam no que hoje é a Califórnia. Um deles era o imponente Titanotylopus, que tinha 3,5 metros de altura no ombro e buscava comida ao longo da costa da Califórnia, há 3 milhões de anos. Os cientistas também descobriram fósseis de outro camelo gigante que vivia nas florestas árticas do norte do Canadá.

Os camelos se espalharam da América do Norte para a América do Sul e através da ponte Bering Land, que então conectou a América do Norte com a Ásia. Há 7 milhões de anos, os camelos se espalharam até o que hoje é a Espanha.

Mas por volta de 10.000 anos atrás, os camelos na América do Norte estavam extintos, talvez como resultado da mudança de habitat, assentamentos humanos e caça.

Hoje, existem apenas duas espécies vivas de camelos verdadeiros. Bactrianos com duas corcovas vivem na Ásia Central. Dromedários com uma corcunda percorrem o Chifre da África e o Oriente Médio.

Todos os camelos têm cílios longos, grossos e ondulados, sem necessidade de rímel. A franja pega a areia que sopra com perfeição, mantendo-a longe dos grandes olhos castanhos de um camelo. Os camelos também possuem uma terceira pálpebra, que desliza fechada pela lateral. No ar cheio de areia que sopra, um camelo pode fechar sua terceira tampa (muito fina) e ainda ver bem o suficiente para seguir em frente.

As sobrancelhas salientes de um camelo e sobrancelhas espessas protegem seus olhos do sol ofuscante do deserto. Suas narinas dilatadas podem se fechar com força contra a areia levada pelo vento. E suas orelhas pequenas e peludas ajudam a evitar a irritante areia de orelha.

Em seguida, a temperatura de um camelo se ajusta automaticamente à temperatura do ar, caindo até 93 ° F durante as noites frias do deserto, e aumentando para quase 106 ° F durante os dias escaldantes (quando a temperatura pode subir para mais de 125 ° F). Com a diferença entre a temperatura do corpo e do ar minimizada, o ar não aquece o corpo de um camelo tanto quanto aquece um corpo mais frio, como o nosso.

A água é essencial para toda a vida na Terra, e os camelos não podem sobreviver sem ela. O sangue é 91 por cento água. Se a água for perdida - por meio do suor e da urina, por exemplo - e não for substituída, o sangue fica espesso. Em vez de fluir pelos vasos sanguíneos, ele se move como melaço.

Isso é perigoso, porque o sangue fluir rapidamente ajuda a resfriar o corpo. Quão? Conforme o corpo converte alimentos em energia, o calor é produzido. O sangue se aquece a partir dessas reações nas profundezas do corpo, transportando esse calor à medida que sobe e atravessa a pele. Presto: a pele irradia o calor para o ar. Resultado: o corpo permanece frio. Mas o sangue desidratado espesso como o mel não chega à pele rápido o suficiente. O calor aumenta; a morte pode seguir.

Mesmo no clima mais frio, os seres humanos podem viver apenas alguns dias sem água. Os camelos, no entanto, podem sobreviver por até 17 dias entre as bebidas.

O metabolismo de um camelo - a velocidade com que seu corpo queima os alimentos - diminui durante o tempo quente, resultando em menos calor corporal.

Os camelos também desenvolveram uma maneira de reciclar a água dos rins, canalizando-a para um dos três compartimentos do estômago e de volta ao sangue. Mas há mais: se você olhar o sangue de um camelo ao microscópio, verá que os glóbulos vermelhos são ovais, em vez de redondos, como os de outros mamíferos. A forma aerodinâmica permite que as células transportadoras de oxigênio passem facilmente pelos vasos - mesmo quando um camelo está desidratado.

Finalmente, existem aquelas saliências. Embora a corcunda de um camelo não esteja realmente cheia de água, ela mantém um camelo mais fresco em climas quentes. Empacotados dentro das corcovas estão gordos, até 36 quilos em um único monte. Como todo aquele acolchoamento extra ajuda em uma tarde quando está a 40 ° C? A corcunda atua como um capuz de proteção. Assando sob o sol do deserto, o monte de gordura absorve e retém o calor, retardando sua descida até os órgãos internos vitais do camelo. Enquanto isso, o resto do corpo de um camelo - especialmente aquelas pernas finas e finas - irradia calor para o ar.

Mas, acima de tudo, a corcova é o suprimento de comida de emergência para um camelo, como uma mochila de alpinista cheia de mistura para trilhas, carne seca de peru e barras energéticas. Uma corcunda (ou duas) permite que um camelo sobreviva por várias semanas sem realmente comer. Conforme a gordura é queimada para obter energia, a corcunda encolhe gradualmente, tornando-se flácida e flácida.


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Na próxima vez que você entrar no elevador do saguão de um prédio alto, feche os olhos. Conforme a caixa em que você está subindo suavemente, você pode sentir que não está se movendo - pelo menos, até que ela pare no seu andar. Pense nisso e você perceberá que teve a mesma experiência em um trem ou carro. Ou mesmo em um avião a jato, viajando através das nuvens a mais de 500 milhas por hora.

Também estamos viajando em nosso planeta, circulando o Sol, viajando pelo espaço com o resto do sistema solar, enquanto a Terra gira em seu eixo como um topo.

Na verdade, a velocidade de rotação do nosso planeta no equador é maior do que a velocidade de cruzeiro de um jato comercial. A Terra mede cerca de 24.900 milhas ao redor em sua largura máxima. Divida isso pelas 24 horas que leva para virar uma vez, e temos a velocidade da Terra no equador: estonteantes 1.040 milhas por hora.

Mas, como a distância ao redor do planeta diminui à medida que viajamos em direção aos pólos, a velocidade relativa também muda. Portanto, na latitude da cidade de Nova York, a velocidade de rotação da Terra é de cerca de 783 milhas por hora. O que significa que a cada segundo ('um hipopótamo, dois hipopótamos') você viajou 1.148 pés para a frente em seu carrossel planetário. E como em um avião em velocidade constante, você simplesmente não está sentindo isso.

Os físicos descobriram este princípio séculos atrás: em uma caixa fechada, sem janelas para espiar, não há como saber se estamos parados ou nos movendo a uma velocidade invariável.

Mas se a “caixa” (ou elevador, ou avião) aumentar ou diminuir a velocidade, a sensação de movimento também aparecerá de repente. Sentimos movimento quando ele está mudando.

Uma vez que a velocidade de rotação da Terra é tão constante, nós (felizmente) não podemos sentir o quão rápido estamos realmente girando. O mesmo vale para nossa viagem de 365 dias ao redor do Sol, pela qual nosso planeta veloz passa a 67.000 milhas por hora.

Embora você esteja sendo girado para o leste a, digamos, cerca de 800 milhas por hora, a matéria em seu corpo é fortemente atraída pela massa muito maior de matéria do planeta. A 'força' centrífuga para fora criada pela rotação é uma pequena fração da força gravitacional dirigida para baixo de nosso planeta.

Mas se a velocidade de rotação da Terra mudasse repentinamente, perceberíamos que estamos nos movendo a uma velocidade vertiginosa. Se a Terra diminuísse repentinamente, dizem os cientistas, cairíamos para frente; se acelerasse, cairíamos para trás.

E se a velocidade de rotação da Terra no equador aumentasse para mais de 18.000 milhas por hora, com um dia durando apenas 80 minutos, a gravidade não poderia mais nos manter plantados com segurança no solo. E nós, de fato, sairíamos voando no escuro.


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Por que o céu é azul?

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A luz do sol que ilumina o céu diurno é branca. Então, por que o céu não é um branco brilhante? Para que o céu pareça azul, algo deve estar acontecendo com a luz enquanto ela passa pela atmosfera da Terra.

Quando a luz branca flui do Sol, ela voa do vácuo próximo do espaço para a atmosfera gasosa que cobre nosso planeta. Enquanto o ar da Terra contém traços de muitos gases, de dióxido de carbono a argônio, nitrogênio (em 78 por cento) e oxigênio (21 por cento) compõem a maior parte da atmosfera. E quando os fótons da luz solar encontram as moléculas de gás do ar da Terra, elas são alteradas pelo encontro.

De onde vem o azul? Na verdade, o azul estava na luz do sol o tempo todo. A luz branca é feita de um arco-íris de cores oculto, revelado quando um raio de sol passa por um prisma. Então vemos o espectro familiar do arco-íris: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta. Cada cor tem uma energia e um comprimento de onda diferentes.

Os gases do ar provocam essas cores com a luz branca. Um pouco de luz solar simplesmente atravessa os espaços vazios entre as moléculas de gás, atingindo o solo intacto. Mas a luz que entra em contato com moléculas de gás é absorvida, dividida em suas cores verdadeiras e então espalhada em todas as direções.

Como funciona? Os átomos membros de uma molécula de gás são excitados pelos fótons (partículas) de luz e reemitem fótons em comprimentos de onda distintos - do vermelho ao amarelo e ao violeta. A luz então se dirige para o solo ou é enviada lateralmente para o céu. Dependendo do ângulo, um pouco de luz até volta para o espaço.

E é assim que o céu fica azul: a extremidade azul-violeta de comprimento de onda mais curto do espectro da luz solar é espalhada muito mais do que os vermelhos e amarelos. Assim, vemos a luz azul de todas as direções do céu, dominando o vermelho, o amarelo e o laranja mais fracos.

Curiosamente, a luz violeta é espalhada por moléculas de gás com ainda mais força do que o azul. Então, por que não vemos um céu inundado de roxos? De acordo com o físico Jearl Walker, da Universidade Estadual de Cleveland, há duas explicações: a parte violeta da luz do sol é mais fraca do que a azul e os olhos humanos são menos sensíveis ao violeta de comprimento de onda mais curto.

Pode ser uma história diferente para outras pessoas que vivem na Terra. Uma vez que os olhos dos animais são sensíveis a diferentes comprimentos de onda de luz, é provável que muitos animais percebam o céu da Terra em tons diferentes. As abelhas, por exemplo, podem ver todo o espectro ultravioleta invisível para nós. Para uma abelha, o céu pode ser tingido de roxo.

Para nós, humanos, durante o dia, o azul se destaca, intensificado pelo fundo negro do espaço por trás da atmosfera iluminada pelo sol. Mas para onde vai o azul à noite? Enquanto o Sol está abaixo do horizonte, o céu da Terra ainda está cheio de gás, espalhando a luz que resta. De acordo com Walker, o céu noturno ainda está azul. Mas o azul é simplesmente muito escuro para nossos olhos e cérebro perceberem. No entanto, uma câmera ajustada para uma exposição longa - coletando luz por vários minutos a várias horas - pode revelar o azul profundo e verdadeiro de uma noite estrelada.


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