Por que as estrelas parecem cintilar no céu à noite? (Dica: Você está olhando através do ar turbulento na atmosfera.)

Passo 1

O enunciado pergunta por que as estrelas parecem cintilar (“piscar”) quando olhamos para elas à noite, e dá a dica de que o efeito vem do ar turbulento na atmosfera. O conteúdo aqui é Óptica Atmosférica, mais especificamente a influência de variações do índice de refração do ar sobre raios luminosos de uma fonte pontual e muito distante.

Passo 2

Uma estrela é tão distante que, ao chegar à Terra, seus raios podem ser considerados praticamente paralelos e formando um ponto bem pequeno no céu. Se não houvesse atmosfera, esses raios entrariam no olho ou no telescópio seguindo um caminho fixo e a estrela apareceria com brilho e posição constantes.
Na realidade, o ar na atmosfera não é homogêneo: ele tem pequenas regiões com temperatura, pressão e densidade ligeiramente diferentes. Cada uma dessas regiões tem um índice de refração n um pouco distinto. Como o índice de refração determina a direção de propagação da luz (Lei de Snell), toda vez que o feixe de luz passa por uma “célula” de ar mais quente ou mais fria, ele sofre um desvio muito pequeno.

Passo 3

Esses desvios variam de forma randômica e muito rápida (típicos tempos de milissegundos), deslocando ligeiramente a posição aparente da estrela e também concentrando ou espalhando o feixe que entra no olho (ou no detector). O resultado percebido é uma oscilação no brilho e na posição — o que chamamos de cintilação ou “twinkling”.
Em resumo, é a turbulência atmosférica, com suas variações espaço-temporais do índice de refração do ar, que faz com que os raios estelares sejam refratados de modo instável, gerando as rápidas flutuações de intensidade e posição que vemos como cintilação.

Resposta

As estrelas cintilam porque a luz delas atravessa camadas de ar com índices de refração variáveis devido à turbulência atmosférica, e esses pequenos e rápidos desvios no caminho dos raios provocam flutuações na posição aparente e no brilho que nossos olhos (ou telescópios) detectam.

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