SEARA DA CIÊNCIA
AS CORES DA LUZ

O que é um espectro? Como fazer a análise química de uma estrela.

A faixa colorida obtida por Newton quando separou as cores da luz do Sol com um prisma é chamada de "espectro da luz solar". O espectro de uma luz é a separação das cores componentes dessa luz. Essa separação, ou dispersão, pode ser obtida com um prisma ou com outro dispositivo chamado rede de difração, do qual falaremos em outra oportunidade.
O espectro da luz do Sol, dita "branca", é um contínuo com todas as cores visíveis. Hoje sabemos que essas componentes têm comprimentos de onda que vão desde 4000 Ångstroms (violeta) até 7500 Ångstroms (vermelho).

Se a luz vier de outro objeto luminoso, como uma lâmpada, o espectro obtido pode ter apenas algumas cores. Para saber quais são essas cores usa-se um arranjo como esse mostrado ao lado, de forma muito esquemática. A luz da fonte luminosa é focalizada em uma fenda estreita e incide sobre um prisma (ou uma rede de difração). Desse modo, ela se dispersa e é projetada sobre uma tela. O que se vê na tela são imagens da fenda, cada uma correspondente a uma cor componente. Esse é o espectro da luz do objeto. O arranjo todo é chamado de "espectrógrafo". As imagens da fenda são chamadas de "raias" ou "linhas" do espectro.
Os elementos ou compostos químicos podem ser induzidos a emitir luz. O físico alemão Gustav Kirchhoff descobriu que cada elemento químico emite luz com um espectro distinto e bem característico. Isto é, o espectro pode ser usado para detetar a presença do elemento na fonte de luz. Por exemplo, as lâmpadas azuladas que vemos nas grandes avenidas são ampolas com vapor de mercúrio (Hg). Quando uma corrente elétrica passa por esse vapor a lâmpada "acende", emitindo a luz característica do elemento mercúrio. Veja, na figura abaixo, os espectros do hidrogênio (H) e do mercúrio (Hg). Os números são os comprimentos de onda das raias, em Ångstroms.

Em 1815, Joseph von Fraunhoffer, observando o espectro solar, notou a presença de uma série de linhas escuras sobrepostas sobre as cores contínuas do espectro. Com habilidade, Fraunhoffer contou mais de 500 dessas linhas pretas. Comparando as posições dessas linhas pretas com as posições das linhas já catalogadas dos elementos, Fraunhoffer notou uma perfeita coincidência. Por exemplo, exatamente onde se situam as linhas do hidrogênio, apareciam linhas escuras bem definidas no espectro solar. A explicação para essa linhas escuras é a seguinte. O Sol emite luz com todas as cores, como já vimos. Mas, essa luz passa por gases relativamente frios na superfície do próprio Sol. Esses gases absorvem a luz do Sol exatamente nas cores que gostam de emitir. As linhas escuras de Fraunhoffer são linhas de absorção de luz.
A fonte de luz pode ser uma estrela distante, cuja luz é focalizada no espectrógrafo por um telescópio. Examinando o espectro da luz da estrela o astrofísico obtém informações sobre os elementos e compostos químicos presentes na estrela. Em outras palavras, pode fazer uma análise química da estrela.
Um exemplo espetacular desse tipo de análise deu-se quando os cientistas descobriram linhas escuras no espectro solar que não correspondiam a nenhum elemento conhecido. Eles chamaram esse elemento de hélio, nome do deus do Sol da mitologia. Só 17 anos depois, o elemento hélio foi encontrado na Terra. A figura abaixo mostra o espectro de emissão do hélio e as linhas de absorção que ele impõe sobre o espectro solar.

Se você viu nossa seção COMETAS, PLANETAS E GALÁXIAS, deve lembrar que foi através da observação do espectro das galáxias que Edwin Hubble descobriu que o universo está se expandindo. A espectroscopia é uma das técnicas mais precisas e poderosas do físico, do químico, do astrônomo e de outros profissionais da ciência e da tecnologia.


Algumas belas experiências sobre cores, para fazer em casa ou na Feira de Ciências.