A verdade sobre a cor dos meteoros: um guia para sua observação visual

A PERCEPÇÃO DAS CORES

Falar sobre cores de meteoros é falar também sobre a percepção das cores pelo olho humano,  em diversas publicações sobre o tema um dos pontos fracos mais apontados sobre identificar qual é a cor do meteoro visualizado, deve-se ao fato que distintos observadores podem registrar cores diferentes,  tratando-se de um mesmo meteoro.

Este guia para sua observação visual pretende revelar a verdade sobre a cor dos meteoros.

chuva de meteoros em cores
Figura 1: Você consegue distinguir as cores dos meteoros que compõem esta bela foto, tirada do céu acima do observatório de Xinglong, na China, durante as Geminids de dezembro de 2015? Fonte: APOD

A ciência medica há muito já nos fala sobre a escala da percepção de cores pelo olho humano, seus limites e variações de matizes e contrastes, então para falar sobre a sensibilidade a diferentes cores, antes precisamos entender como nossa percepção , neste aspecto, se dá.

Como nosso tema envolve a observação visual noturna chamada de  visão escotópica, que é a visão adaptada ao escuro,  abaixo mostramos a escala de sensibilidade de cor para um olho adaptado a escuridão.

Diagrama de sensibilidade ao olho
Figura 2: Sensitividade da visão humana  as cores do espectro visível. Fonte: Wikipedia

Pelo gráfico acima, nossa sensibilidade máxima ocorre na região da cor verde, mas também somos bastante sensíveis as cores azuis, amarelo e laranja.  A percepção da cor cai vertiginosamente quando caminhamos para a esquerda ( indo para violeta) e quando caminhamos para extrema direita (na direção do vermelho).

Aliado a esta questão de sensibilidade as cores, devemos também levar em consideração o efeito contraste. Num fundo escuro sendo a fonte de luz débil, o contrate fica fraco nas regiões azul-violeta,  azul-verde e amarelo-branco.

Será que esse efeito por si só explicaria o porquê são raros os relatos de meteoros violetas, e poucos os de cor esverdeada? Mais adiante aprofundaremos essa indagação e possíveis respostas.

Agora, logo abaixo o mesmo gráfico, com baixa intensidade de contraste,  reparamos que as matizes fenecem, restando o azul, o verde e o vermelho, o amarelo praticamente desaparece.

diagrama de baixo brilho
FIGURA 3: Mesmo diagrama de cores da figura 2, mas agora com baixo brilho. Fonte: Wikipedia

Então, a percepção das cores pela visão humana tem variações em sensitividade e dependem também do contraste. Observar meteoros e suas cores vai depender em ultima análise, dessas escalas de sensitividade.

RESULTADOS DE OBSERVAÇÃO VISUAL DE COR DE METEOROS

Vamos agora apresentar alguns resultados de observação visual de cor de meteoros e pondera-los com a nossa sensibilidade a paleta de cores.

Os resultados que vamos apresentar referem-se a diversos estudos realizados no intuito de se fazer um levantamento das características de cor de um meteoro na tentativa de relaciona-lo com outras propriedades, como tipo de chuva, velocidade e massa.

O estudo feito por McBeath, usando como base  5.660 observações visuais de meteoros esporádicos identificou que a cor branca é a mais comum. E, de um conjunto de 908 meteoros, as cores mais notadas foram: vermelho, laranja, amarelo, verde e azul ( as cores de espectros no comprimento do visível).

Para melhor entendimento, elaboramos histogramas que apresentam a contagem de meteoros conforme a sua cor registrada, as alturas das barras correspondem a quantidade observada.  O eixo horizontal representa a magnitude do brilho , e vai de –3 até 6 (quanto menor o número maior o brilho).

Então, antes de falarmos de cores de chuvas especificas, vamos a seguir verificar como elas se dividem nos meteoros esporádicos.

Histograma de cores em meteoros tipo esporádicos:

cores meteoros esporadicos
Histograma 1: distribuição de percepção de cores em meteoros esporádicos.

A escolha dos meteoros esporádicos é proposital, pois assume-se que a densidade, massa e velocidade dos meteoros seguem uma distribuição  de forma aleatória. Em primeiro lugar, meteoros de cor branca são considerados como sem cor definida. De 908 meteoros observados, 5% mostraram-se multicoloridos e apenas 1% se mostraram em cores contrastantes como: amarelo/azul e laranja/vermelho.

Nesse ponto é bom lembrar que a partir de brilho mais fraco, algo em torno de magnitude 1.5 – 2.0, o olho humano já não consegue distinguir as cores do estudo, elas se tornam brancas ou descoloridas a olho nu. Mesmo assim, observando o gráfico 1, magnitudes de meteoros maiores que +2 tiveram cores detectadas.

No histograma acima, percebemos um corte de percepção de cor a partir de magnitude maior que +1,5. McBeath, em seu estudo sugere esse valor de magnitude como um limitador. Então dessa perspectiva meteoros mais fracos que magnitude +1, +2 deveriam cair na contagem geral de meteoros coloridos.

De fato isso ocorre para os de cor azul, porém a tendência não é seguida para os de cor, amarela laranja e vermelho.

EFEITO DE CONTRASTE

O efeito de contraste também tem uma influência grande, isso poderia ajudar na explicação das cores laranja e vermelho em contagem consideráveis acima de +1, +2 magnitudes. Como a percepção do amarelo vai caindo a medida que a intensidade do brilho diminui meteoros de cor branco-amarelada podem ser avaliados como amarelos.

O contraste pode ampliar a percepção do vermelho e do laranja, já que ficam mais perceptíveis em um fundo branco.

Existe outro efeito que devemos levar em conta a chamada visão pós-imagem. Aquele efeito visual que ocorre quando miramos uma superfície brilhante e fechamos os olhos, então vemos a mesma imagem em verde escuro, vermelho, azul escuro ou amarelo.

Isso chamamos de pós-imagem quando ao fecharmos os olhos ou desviarmos para um fundo branco as cores mudam : vermelho ->  verde e  azul -> amarelo.

HISTOGRAMA DE CORES EM METEOROS DE CHUVAS

Vamos agora falar como se comporta a distribuição das cores em algumas das principais chuvas conhecidas, conforme os resultados de outro trabalho de MacBeath, são elas:

  1. Delta-Aquarids,
  2. Perseids,
  3. Taurids,
  4. Geminis.

    COR METEORO PERSEIDAS
    Figura 4: Imagem de um meteoro Perseid, em 1993. A foto foi digitalizada. Você sabe dizer onde começa e termina o meteoro, somente identificando a posição das cores? Fonte: APOD

Delta-Aquarids

Ocorrência em abundância de amarelo e ausência do verde.

Esta chuva está ativa entre 12 de julho a 23 de agosto, seus meteoros possuem velocidade de entrada em torno de 41 km/seg.

 

cores chuva delta aquarids
Histograma 2: Distribuição de cores na chuva Delta- Aquarids

 

 Perseids

Distribuição de cores parecidas com esporádicos. Esta chuva está ativa entre 17 de julho a 24 de agosto, possui velocidade de entrada em torno de 59 km/seg.

 

cores da chuva perseids
Histograma 3: Distribuição de cores na chuva Perseids

Taurids

Segue uma tendência de distribuição de cores próximas a de esporádicos. Está muito ativa entre 20 de outubro a 10 de dezembro, apresentando meteoros com velocidades de entrada em torno de 30 km/seg.

cores chuva taurids
Histograma 4: Distribuição de cores na chuva Taurids

 Geminids

Segue tendência de distribuição de cores próximas a de esporádicos. Ativa entre 4 a  10 de dezembro, apresentando meteoros com velocidades de entrada em torno de 35 km/seg.

cores chuva geminids
Histograma 5: Distribuição de cores na chuva Geminids

A VERDADE SOBRE A COR DOS METEOROS

Os histogramas apresentados  acima, fundamentalmente, apontam as seguintes características:

  • Cor Amarela: excesso dessa cor pode ser devido ao contraste do fundo azul-escuro do céu combinado com o efeito de pós-imagem amarela.
  • Cor Laranja: pouco observado, isso pode ser devido a baixa sensibilidade do olho.
  • Cor Vermelha: raros, efeito devido a baixa sensibilidade de visão podem causar baixa contagem dessa cor.
  • Cor Verde: também raros , isso pode estar relacionado a velocidade alta, maiores que 50 km/seg, que acaba provocando a excitação de moléculas de oxigênio do ar por conta das ondas de choque, na atmosfera mais densa, em alturas menores que 100 km.  Os “Green Trains” podem também surgir, durante 1 –2 segundos, após o desaparecimento do meteoros,  bem brilhantes, a uma altura média de 105 km, esses trilhos persistentes verdes, podem ter origem da mesma forma, da excitação do oxigênio do ar. É um efeito comum nas chuvas Leonids e Perseids, cujos meteoros apresentam velocidades elevadas em torno de 60 a 70 km/seg. Vale ressaltar que também, em menor possibilidade, quando da presença da molécula MgI, em quantidades consideráveis, elas podem acarretar no esverdeamento do meteoro.
  • Cor Azul: são os bem comuns, isto pode ser devido a maior sensibilidade da visão adaptada ao escuro nessa faixa de cor. O maior numero também pode estar relacionado a densidade do material do meteoro, bem como sua velocidade. Durante a queima na atmosfera, a excitação das moléculas de nitrogênio nas altas camadas podem evidenciar tonalidades azuis. Nas chuvas Geminids e Perseids pode ser notada a abundância desta cor, os meteoros Geminids tem densidade bem mais altas do que as outras chuvas mais conhecidas, e os meteoros Perseids contém os de velocidade mais alta.
  • Cor Violeta: muito raros, isto pode ser devido ao efeito de contraste contra o céu azul-escuro, pois a tendência é contar como azul, ou mesmo contar como branco, caso a intensidade do brilho seja mais fraco. Porém como a sensibilidade a cor violeta é a mesma da cor amarela, isto poderia indicar um verdadeira falta de meteoros de cor violeta.

No estudo de McBeath, meteoros de cores múltiplas em chuvas tiveram maior contagem do que os do tipo esporádicos. Analises dessas observações discriminadas nos histogramas acima mostram as Geminids apresentando a maior quantidade relativa de meteoros mais coloridos.

Poderia ser devido a densidade características desses meteoros, porém se a cor é de origem do próprio meteoro, ou efeito atmosférico pouco pode-se afirmar.

A grosso modo, tanto meteoros esporádicos, como aqueles pertencentes a chuvas seguem um padrão similar, isto indicaria que a grande influencia da percepção humana as cores seria maior que alguma característica intrínseca do meteoro.

Cores e Espectroscopia

Vamos abordar este tópico de forma bem resumida, pois falar de espectroscopia envolveria termos e modelos básicos da física moderna e quântica, além de química avançada, o que fugiria do alcance do grande público.

Basicamente, meteoros produzem espectros de emissão devido a vaporização do meteoroide  e  aquecimento nas moléculas atmosféricas em seu entorno.

Visualmente é difícil identificar a composição química do meteoro através do seu espectro, pela baixa sensitividade do olho humano, diversidade de cores, tons, contrastes e intensidade de brilho.

Afirmar que determinada cor observada deve-se a composição química de um meteoro é desconsiderar vários efeitos de percepção das cores, conforme dissertamos, em linhas gerais, nos tópicos anteriores neste texto.

A medida que o meteoro penetra mais fundo na atmosfera emissões atmosféricas e do próprio meteoro entram em jogo, acarretando mudanças em sua cor durante a trajetória de queda. Como por exemplo, pode-se ter um avermelhamento  (vide figura 3) , no meio caminho, devido a emissões de linhas de Na (Sódio) e N (Nitrogênio).

Em altas velocidades na nossa atmosfera, com liberação de energia cinética suficiente, podem surgir linhas de Ca (Cálcio) na região do azul/violeta do espectro, que não podem ser visíveis ao olho nu.

Outro detalhe importante: se as emissões atômicas e moleculares possuem a mesma intensidade em faixas do espectro similares, o meteoro parecerá branco.

especto meteoro leonids

Figuras 5 e 6: Espectro de meteoros da chuva Leonids. Na própria imagem estão destacadas as linhas espectrais referentes a emissões de moléculas como Sódio, Magnésio e Ferro. Fonte: J.Br.Assoc. 113, 6, 2003.

a verdade sobre a cor do meteoro
Figura 7: Meteoro Leonidis, capturado em filme fotográfico, por Martin Mobberley, em 18.11.2001, usando fuji filme superia IS0 1600. O início do trilho é esverdeado, mas depois vai mudando de coloração, se avermelhando e por fim finalizando em um tom azul. Mudanças na coloração ocorrem por conta de interações entre a atmosfera e a energia transferida do meteoro, e de emissões de sua própria composição. Fonte: J.Br.Assoc. 113, 6, 2003.

 

espectro de linhas de emissão de um meteoro
Figura 8: Espectro de linhas de emissão de um meteoro bem brilhante Perseid, em 13.08.2007. As cores seguem o padrão do espectro. Recomendamos a leitura do FAQ  sobre o assunto. Crédito: Nasa/Julian Nott.

É muito comum se encontrar assinaturas espectrais de elementos químicos como Magnésio, Sódio, Ferro, e em menor escala, Cálcio, Cromo, Silício, Hidrogênio, proveniente da composição do meteoro. E elementos químicos como, Oxigênio e Nitrogênio oriundos da atmosfera.  Mas os assunto sobre espectroscopia de meteoros fica para uma próxima matéria nossa.

curva de espectro de meteoro
Figura 9: Exemplo de um típico de curva calibrada do espectro de meteoro. Fonte:  Vojacek et al, 2016.

A importante lição que tomamos ao pesquisar sobre as cores de meteoros é a influência da variedade de detalhes sobre matizes, tonalidades, intensidades e a percepção visual. Afirmar que alguma cor está diretamente relacionada a algum componente químico da composição do meteoro é desconsiderar tais detalhes.

A  velocidade de entrada, densidade do corpo, também podem influenciar na coloração, mesmo que saibamos qual chuva um determinado meteoro pertence, é difícil afirmar que a cor apresentada está ligada a sua composição, basta uma rápida olhada nos histogramas das chuva que usamos de exemplo,  cores amarelas, azuis, em menor escala, laranja, vermelho, praticamente surgem em todas elas (o verde fica ausente nas Delta-Orionids).

Ou seja, identificar a composição de um meteoro,  através da observação de cores  é uma tarefa complexa.  Não é a mesma coisa que esquentar um metal em um bico de bunsen, e avaliar sua composição, conforme a coloração.

bolido brilhante verde azul perseids
Figura 10: Bólido muito brilhante registrado em 2015, durante a chuva Perseids, em Milwaukee, EUA. No início dele a cor esverdeada pode ser percebida, e no fim de seu trajeto luminoso um brilho azulado é visível. Este bólido chegou a fazer sombra no chão, de acordo com as testemunhas do evento. Fonte.

 

Uma estruturação didática das causas das cores em meteoros

Para melhor compreensão do que explanamos sobre as cores, vamos propor aqui uma  estrutura didática, em forma hierárquica da origem ou causa das cores de meteoros, conforme descrita no gráfico abaixo:

Sendo que a hierarquia acima pode ser interpretada da seguinte forma:

A cor percebida pode ter origem na própria composição do meteoro e/ou sua estrutura física, como massa e densidade, ou seja, é algo inerente a características intrínsecas do objeto. Se a cor registrada tem relação com algo externo a estrutura do próprio meteoro, como, interação atmosférica (a cor esverdeada devido ao oxigênio atmosférico, por exemplo) ou devido a sensibilidade da visão do observador, conforme a tonalidade e efeito de contraste de fundo de céu, consideramos como um efeito extrínseco.

Abaixo, traduzimos um comentário sobre meteoros e cores, feito pela American Meteor Society, que resume bem, o que discutimos neste texto:

Cores vividas são mais frequentes relatadas por observadores de bólidos, por causa do brilho intenso ser suficiente para estar dentro dos limites da sensibilidade da visão colorida humana. Porém, esses casos devem ser tratados com cautela, por conta dos bem conhecidos efeitos associados a visão persistente. Cores relacionadas ao espectro , do vermelho ao azul brilhante, e (raramente) violeta. A composição dominante de um meteoroide pode desempenhar um importante papel nas cores observadas de um bólido, onde certos elementos mostram sua assinatura de cores quando vaporizados.

Por exemplo, o Sódio produz uma cor amarela brilhante, o Níquel mostra o verde, e o Magnésio como azul-branco. A velocidade de um meteoro também desempenha um importante fator, desde que a energia cinética irá intensificar certas cores comparadas a outras. Entre objetos mais fracos, parece que para os meteoros mais lentos é relatada a cor vermelha ou laranja, enquanto que para meteoros rápidos frequentemente apresentam a cor azul, mas para bólidos a situação é um pouco mais complexa que isto, mas talvez apenas por causa das peculiaridades da visão humana.” (Tradução nossa). Fonte:  AMS –  American Meteor Society

Portanto, decidir se alguma cor é referente a algum tipo de composição ou efeito extrínseco, só mesmo através de medições por sensores próprios, como câmeras, espectrógrafos e análises gráficas.

Mas isso não invalida a beleza plástica de observar um meteoro colorido queimando nos céus (como o da foto, logo abaixo), não é mesmo?

Figura 11: Lindo Bólido registrado, apresentado variação de cor em sua trajetória de queda. Ao fundo pode-se notar as três Marias, na constelação de Órion. Fonte: AMS

Edição: Marcelo De Cicco

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