Por que o céu é escuro à noite?

Por que o céu fica escuro à noite? Você pode pensar que a resposta é óbvia: porque o Sol não nasceu. Porém, na realidade, o céu só parece azul durante o dia porque a luz solar se espalha pela atmosfera terrestre; não fosse a atmosfera, o céu estaria sempre escuro, mesmo durante o dia. Se quisermos pensar um pouco mais a fundo nisso, uma pergunta mais assertiva, então, seria: por que o espaço é escuro?

O céu estrelado à noite.

O espaço está cheio de incontáveis estrelas, muitas tão brilhantes quanto o próprio Sol . Se o Universo é infinito – ou ao menos incrivelmente grande – nossa linha de visão não deveria acabar encontrando uma estrela, não importa em que direção olhemos? Além disso, dado que existem trilhões de galáxias, por que a luz de todas elas combinadas não ilumina todos os pontos do céu?

Se assim fosse, todo o céu deveria ser tão brilhante e tão quente quanto a superfície do Sol, o que certamente não ocorre. Onde, então, esse argumento está errado? Essas não são perguntas fáceis de responder e esse quebra-cabeça intrigou os astrônomos por séculos, mas, eventualmente, a ciência se colocou à altura do desafio.

O céu brilhante com infinitas estrelas.

O célebre astrônomo alemão Johannes Kepler apresentou esse problema pela primeira vez em 1610 e também sugeriu sua primeira solução: as estrelas, ele acreditava, estendiam-se apenas até uma distância finita. Uma vez que sua linha de visão ultrapasse esse limite, ela encontra apenas o espaço vazio. Mas até que ponto fica esse limite? Por que está lá? E o que está além disso?

Os astrônomos depois de Kepler propuseram várias soluções para o problema do céu noturno escuro, que veio a ser chamado de Paradoxo de Olbers. Em 1823, o astrônomo alemão Heinrich Olbers sugeriu que a luz das estrelas é gradualmente absorvida durante a viagem pelo espaço, e isso impediria que a luz de qualquer estrela que estivesse além de uma distância suficientemente grande chegasse à Terra. 

Mas isso também não resolve o problema. Qualquer  gás ou poeira interestelar absorvente  simplesmente aqueceria até reemitir toda a luz estelar que absorveu, e a energia que chega até nós seria a mesma.

Em outras palavras, algo estava errado. Nosso Universo não poderia ser estático, infinito e cheio de estrelas que brilham para sempre. Se fosse esse o caso, o céu noturno seria para sempre e eternamente brilhante, em todos os locais e em todas as direções. Claramente, algo estava faltando.

A história do Universo desde o Big Bang.

O que os astrônomos não sabiam na época de Olbers é que o Universo que hoje habitamos teve um começo: um primeiro dia cósmico. Esse ponto de partida é conhecido como Big Bang e coloca um início para toda a matéria, radiação, energia e luz que possivelmente existe no Universo observável.

Como o Universo não existe desde sempre, portanto, só podemos observar estrelas e galáxias que estão a uma distância específica e finita. Portanto, só podemos receber uma quantidade finita de luz, calor e energia deles, e não pode haver uma quantidade arbitrariamente grande de luz em nosso céu noturno.

Representação esquemática do ciclo de vida das estrelas.

Mas essa não é toda a solução para o Paradoxo de Olbers. Hoje, os astrônomos sabem que a maioria das estrelas como o Sol, brilha por alguns bilhões de anos antes de consumir seu combustível nuclear e escurecer. Estrelas moribundas expelem gás e poeira de volta ao espaço, e esse material dá origem a novas gerações de estrelas.

Depois de um número suficiente de gerações, todo o combustível nuclear do universo acaba se esgotando e a formação de estrelas luminosas eventualmente chega ao fim. Portanto, mesmo que o universo fosse infinitamente antigo e infinitamente grande, ele não conteria combustível suficiente para manter as estrelas brilhando para sempre e preencher todo o espaço com a luz das estrelas. E por essa razão o céu à noite é escuro.