Quanto pesa a nossa sombra?

A sombra nada mais é do que a ausência de uma luz que se esperava, mas que não chega ao seu destino porque foi bloqueada por um objeto. De forma simplificada podemos dizer que é constituída por fotões, partículas elementares sem massa, mas com energia e "momento". O "momento" é a capacidade dos objetos físicos se empurrarem uns aos outros.

Quando os fotões que compõem um raio de luz incidem sobre um objeto, empurram-no, exercendo uma leve pressão chamada “pressão de radiação”. Quando nos colocamos ao Sol, o nosso corpo sente esta pressão, enquanto a área que sombreamos, que os fotões não alcançam, não a sente.

Podemos quantificar esta diferença de pressão com o peso, que é a força que exercemos no solo, ou numa balança. Quando estamos iluminados exercemos uma força maior do que quando estamos no escuro, pois o momento transferido pelos fotões que colidem connosco deve ser somado à força do nosso corpo.

Assim, podemos dizer que um objeto pesa mais quando está iluminado do que quando não está. Da mesma forma, a região onde a nossa sombra se encontra sente menos pressão de radiação do que se não estivéssemos lá, a bloquear a luz. Noutras palavras, o excesso de peso que sentimos quando iluminados corresponde a um defeito no peso da nossa sombra.

No caso de uma pessoa adulta de estatura média, localizada sob o sol na latitude de Madrid, e supondo que as dimensões da sombra sejam as mesmas do seu corpo, este defeito de peso na sombra será equivalente ao que seria exercido por uma massa de cerca de 0,00000004 quilogramas.

Além da luz branca e dos espelhos

Segundo Célia Sánchez, estudante da Universidade de Autónoma de Madrid, os fotões de luz de cores diferentes têm momentos diferentes, então a energia e a pressão que exercem serão diferentes. Isto significa que, se acendermos uma luz vermelha, pesaremos menos do que se o fizermos com o mesmo número de fotões com luz azul.

Por outro lado, só porque não vemos algo não significa que não exista. Quando se trata de luz, a maior parte é invisível aos olhos humanos. É o caso dos fotões ultravioleta, como os do Sol, que além de nos bronzear, são mais energéticos que os visíveis e, portanto, sujeitam os nossos corpos a um empurrão maior.

Desta forma, a diferença de peso em relação ao objeto iluminado é maior para a sombra que não vemos do que para a que vemos.

Da escala ao Nobel e ao Espaço

De acordo com os cálculos de Célia Sánchez e do Professor Javier Laguna, da Universidade Nacional de Educação à Distância, a diferença de peso entre um objeto iluminado e um não iluminado é pequena: um centésimo do peso de um único grão de açúcar.

No entanto, estas considerações foram o motivo do Prémio Nobel de Física de 2018, entregue a Arthur Ashkin, Gérard Moureau e Donna Strickland, pelo desenvolvimento de "pinças ópticas", um método para capturar e manipular pequenos objetos usando a pressão de radiação de um laser.

Uma fonte de luz laser, na qual os fotões se movem coerentemente, como se estivessem coordenados, pode ser usada para mover objetos com grande precisão. As primeiras experiências foram feitas na década de 1960 pela equipa de Ashkin no Bell Labs. Os investigadores fizeram brilhar pequenas esferas parcialmente transparentes com um laser para movê-las e levitar, neutralizando o seu peso com a pressão da radiação.

Foi assim que as “velas solares” foram projetadas: uma forma revolucionária de impulsionar naves espaciais no Espaço, consistindo apenas numa grande superfície que reflete a luz solar.

Como as velas de um navio quando o vento sopra, estas velas solares aproveitam a pressão de radiação dos fotões que colidem com elas para fazer mover a nave.

Uma das grandes vantagens deste sistema de propulsão são as altas velocidades que os navios que o utilizam podem atingir. Além disso, como não precisam de armazenar combustível para se locomover, são mais leves e podem viajar por mais tempo. Portanto, são uma das poucas tecnologias que podem ser usadas para viagens interestelares.

Embora estas ideias possam parecer ficção científica, a primeira nave espacial a usar a luz solar para mudar a sua órbita em redor da Terra foi lançada em junho de 2019 como parte de um projeto aeroespacial chamado LightSail.

A NASA também planeia experimentar estas novas tecnologias de propulsão no Espaço com o lançamento em 2022 do ACS3, uma nave espacial do tamanho de uma torradeira que usará estas velas para mudanças de órbita.