Quão longe vai a PL? (o céu escuro em extinção)

Essa é a constatação que me motivou a escrever este blog: O CÉU ESTÁ EM EXTINÇÃO!

Não é somente para o céu das cidades... Quando digo que o céu escuro está em extinção, é para todo o planalto central.

Já não tenho mais esperança de voltar a ver a Via Láctea da minha casa em Brasília, pois mesmo com a melhor iluminação pública que se puder fazer, totalmente direcionada, full-cutoff e nivelada, a reflexão da luz no asfalto é suficiente para ofuscar o céu. Menos do que hoje obviamente, mas não o suficiente para termos o céu novamente escuro o suficiente para vermos a Via Láctea.

Se nas cidades não podemos ver o céu, vamos sair delas um pouquinho? Não adianta... a poluição luminosa das cidades está indo tão longe que não se consegue mais um local escuro entre uma cidade e outra!

Observando um pouquinho, cheguei à conclusão que nosso ambiente é especialmente vulnerável à PL. Analisando o que acontece no Planalto Central, que tem predomínio de cidades novas e de construções baixas, em comparação com regiões serranas ou de urbanização mais antiga, por exemplo:

Nas cidades antigas do planalto, ou em regiões serranas, a PL não vai muito longe. Mesmo que o céu visto da cidade seja muito ruim, ainda é fácil de encontrar regiões de céu escuro entre uma cidade e outra, desde que a distância entre as cidades não seja muito pequena. As cidades normalmente são (ou eram) construídas nas baixadas, várzeas, etc, e assim os morros em volta limitam o alcance da PL, na medida que barram os raios de luz rasantes. A luz que sai da cidade é somente aquela que está direcionada mais para cima, e assim seu "raio de poluição" é bem menor. Cidades com muitos prédios e árvores grandes, mais altas que os postes de iluminação, também oferecem estas barreiras à propagação da PL rasante e limitam o raio da PL da cidade.

Nas áreas de planalto, e de urbanização recente, as cidades ficam quase sempre no topo das colinas. Não há barreiras naturais à PL. As barreiras artificiais também não costumam existir, pois em geral são áreas com construções térreas ou prédios baixos, árvores baixas, mais baixas que os postes de iluminação pública. A PL "rasante", emitida pelas luminárias com vidro curvo e/ou inclinação incorreta, vai muito longe, sendo limitada somente pela curvatura da Terra. Longe o suficiente para "unir" a PL de uma cidade com a PL gerada pelas cidades vizinhas. Nas regiões de planície isto também acontece.

Dentro do DF não há mais céu escuro. Ainda é possível encontrar alguns locais de céu quase totalmente escuro (ao menos a partir de 20 graus acima do horizonte), se nos afastarmos do DF mais de 150Km. A foto abaixo mostra o "domo" de PL sobre Brasília, vista a partir de um local distante 200Km:

Ao contrário do que pode parecer, o "domo" de PL sobre Brasília não é tão alto quanto parece. A foto foi tirada a 200Km de distância, e a luz que estamos vendo próximo ao horizonte nesta foto, se fosse proveniente de partículas iluminadas diretamente acima do DF, seria de partículas a mais de 30Km de altitude. Nesta altitude não há tantas partículas em suspensão, nem moléculas de ar suficiente, e mesmo de dia o céu é quase negro. A luz que vemos é aquela "rasante", emitida em um ângulo bem próximo à horizontal, e espalhadas em direção ao observador por partículas "no meio do caminho" entre o DF e o local da foto, e em alturas não superiores a 2Km.

A curvatura da Terra limita a propagação da PL. Nas condições do Planalto Central, ela é o único limitador à propagação da PL. Mas a que distância de uma determinada cidade podemos nos afirmar livres da PL gerada por ela? Se for uma cidade como Brasília, "no topo" e com muita PL rasante, esta distância é bem grande. Partindo da premissa de que um raio de luz é visível até o limite da troposfera (cerca de 15Km de altitude), a luz que sai na horizontal pode viajar mais de 400Km até chegar na estratosfera.

Isso mesmo, um raio de luz que sai rasante de uma cidade que está distante 400Km, está passando a 14Km de altura sobre você, e produzindo brilho artificial no céu. Mas a maior parte do espalhamento da PL é proveniente das camadas baixas da atmosfera, como podemos ver na foto a seguir.

A linha horizontal que vemos na foto (tirada de um avião pouco antes do pouso em Brasília) não é o horizonte. Ao menos não o horizonte terra/céu. Ela é a altura limite da fumaça e material particulado na atmosfera, e coincide com a altura da base dos cúmulos. Acima dela, o céu é limpo (pouco material particulado), abaixo dela o céu é sujo (muito material particulado).

Felizmente a faixa mais empoeirada do céu, e que produz mais espalhamento da luz amarela das cidades, só vai até 2Km de altura, então a cerca de 150Km de distância a luz rasante passa a 2Km de altura sobre seu zênite, e você pode se declarar "quase livre" da PL, exceto ao olhar na direção da cidade.

Esta camada "suja", visível na foto acima, é conhecida como "Camada Limite Atmosférica", ou "Camada Limite Planetária", e é o limite das correntes de convecção diurnas, com altura de até 2Km.

Mas onde encontrar regiões com nenhuma cidade a menos de 150Km? Aqui no Planalto Central não temos mais isto. O que temos são regiões onde não tem nenhuma cidade GRANDE no raio de 150km. Porém com a crescente urbanização, e consequente aumento da PL, das cidades pequenas e médias, chegamos à conclusão do início da página: O céu está em extinção, será impossível encontrar um local longe o suficiente de qualquer cidade para observar o céu.


O que deve ser feito para evitar esta catástrofe? Simples, as cidades podem ser iluminadas, porém elas não possuem o direito de espalhar luz na atmosfera em um raio de 400Km! Isto traz a necessidade de atuar com prioridade especial sobre a "PL de longo alcance", a emitida diretamente pelas luminárias de iluminação pública. E o que torna especial esta PL de longo alcance? O ângulo de emissão, abaixo de 10° com a horizontal:

Estudos quantitativos demonstram que, a partir de 5Km de distância da cidade, a PL decorrente das emissões de luz até 10° acima da horizontal e na direção do observador, é responsável por tanto brilho no céu quanto todas as demais emissões da cidade em todos os outros ângulos. E que a cidade emite quase tanta luz em ângulos menores que 10° que em todos os outros ângulos também:

Este gráfico é um diagrama polar da emissão de luz típica das cidades, sendo que para um determinado ângulo com a horizontal, a intensidade da emissão é proporcional à distância da linha e o centro do gráfico. A linha pontilhada é a "PL de curto alcance", luzes de monumentos, outdoors, e principalmente reflexões em superfícies horizontais. A linha tracejada é a "PL de longo alcance", principalmente vinda da emissão direta das luminárias de iluminação pública, sendo tão mais forte quanto mais rasante o ângulo.

Isto significa que todos os esforços anti-PL, como a redução das luzes de outdoors, iluminação de monumentos mais inteligente, eliminação do excesso de luz, e troca de luminárias dispersivas por outras mais eficientes e direcionais, todos eles irão reduzir a PL de curto alcance e deixar o céu na cidade menos pior. PORÉM somente a instalação exclusiva de luminárias full-cutoff em ângulo zero com a horizontal irá eliminar a PL de longo alcance, e evitar a extinção do céu mesmo entre as cidades, em boa parte do país.

Desta forma, não adianta usar as luminárias modernas que a CEB vem instalando no DF, com vidro curvo e em ângulo com a horizontal. Elas podem até diminuir a PL nas áreas urbanas, pois emitem pouca PL de curto alcance. Mas devido à maior potência das lâmpadas, estão piorando em muito a PL nos arredores, com aumento significativo da PL de longo alcance. E se todas as cidades do país forem pelo mesmo caminho? Aí, observar o céu, só no Chile.