Raios luminosos originados no Sol chegam na Terra paralelos?

23 de fevereiro, 2023 às 20:44 | Postado em Astronomia, Mítica Terra Plana, Óptica geométrica, Radiação

Os raios solares chegam no planeta Terra totalmente paralelos ou parcialmente? Sempre quis entender essa questão.

Cada ponto da superfície visível do Sol é uma fonte luminosa emitindo raios luminosos em todas as direções. Os raios luminosos que chegam na Terra, originados em um particular ponto da superfície solar, são com excelente aproximação paralelos entre si dada a grande distância que o Sol está de nós. Mas raios luminosos originados em diferentes pontos da superfície solar, chegam aqui em direções diferentes.

Portanto quando consideramos toda a superfície solar emissora de luz, os raios solares não são rigorosamente paralelos entre si pois o Sol não é  apenas um ponto luminoso (uma fonte luminosa pontual) mas uma fonte extensa com tamanho angular de aproximadamente 0,53°. Os raios solares chegam até nós como raios divergentes e a divergência máxima entre dois raios luminosos é igual ao tamanho angular do Sol para nós, portanto cerca de 0,53°.

Em muitas aplicações da radiação solar, tais como as relacionadas à iluminação e à incidência da luz solar em habitações (vide Sobre a orientação solar das ruas de uma cidade) e em coletores solares planos para aquecimento ou produção de energia elétrica, pode-se considerar que os raios solares são paralelos entre si, ou seja, a pequena divergência entre eles é irrelevante.

Entretanto a pequena divergência dos raios solares pode ser extremamente importante em outros contextos. Caso ela seja desconsiderada, não há como entender ou prever diversos efeitos. Por exemplo, as sombras da luz solar sempre são bordejadas por uma região de penumbra consequente de que os raios de luz não são exatamente paralelos entre si. Esta região de penumbra possui iluminação variável, que aumenta conforme esteja mais próxima da região de iluminação plena indicada na figura 1.

O artigo Efeitos inusitados com a luz do Sol trata em detalhes de diversos efeitos relacionados à pequena divergência dos raios solares. A seguir vão alguns exemplos:

1 – A figura 2 exemplifica o intrigante efeito da “atração” entre as sombras.

2 – A figura 3 apresenta a sombra de uma pessoa em uma parede próxima (foto1) e em um local distante alguns metros (foto2). A sombra distante notoriamente é a silhueta da pessoa distorcida, encolhida devido à divergência dos raios luminosos solares.

Este efeito de encolhimento das sombras da luz solar é bem conhecido no contexto da Astronomia, determinando que o diâmetro máximo da umbra da Lua sobre a Terra em um eclipse total do Sol não exceda cerca de 250km, portanto muito menor do que o diâmetro da Lua que é 3476km (figura 4).

3 – Na postagem O mistério da sombra dos fios a divergência dos raios solares explica a ocorrência de um fenômeno intrigante notado no solo abaixo da rede elétrica suspensa sobre as ruas da cidade.

“Docendo discimus.” (Sêneca)