Astrônomo calcula a verdadeira cor do nariz de Rudolph na véspera de Natal: WebCuriosos

Com milhares de milhões de crianças em todo o mundo à espera ansiosamente pelos seus presentes, o Pai Natal (ou Pai Natal) e as suas renas devem viajar a uma velocidade vertiginosa para entregá-los todos numa só noite.

Mas você sabia que a luz de um objeto viajando em alta velocidade muda de cor? Isso se deve ao chamado efeito Doppler – a forma como a velocidade afeta o comprimento das ondas, como o som ou a luz.

Quando a luz muda de cor devido à velocidade, chamamos isso de redshift ou blueshift, dependendo da direção. Se conseguíssemos captar a cor do famoso nariz vermelho de Rodolfo com um dos nossos telescópios, poderíamos usar o efeito Doppler para medir a velocidade do Pai Natal.

Veja como isso pode funcionar – e por que esse efeito também é uma ferramenta crucial na astronomia.

Quão longe o Papai Noel e suas renas precisam viajar?

Coloque o cinto no seu trenó para algumas contas leves de Natal. eu atualizei um método proposto em 1998 para descobrir a rapidez com que Rudolph e o Papai Noel precisam viajar para entregar todos os presentes necessários (você pode encontrar meu trabalho aqui).

Há aproximadamente 2 bilhões crianças menores de 14 anos no mundo. Aproximadamente 93% dos países observam o Natal de alguma forma, então presumiremos que 93% de todas as crianças o fazem.

Sabemos que o Papai Noel só entrega presentes para quem realmente acredita. Se assumirmos o mesmo porcentagem de crentes por faixa etária conforme encontrado nos Estados Unidos, isso nos deixa com aproximadamente 690 milhões de crianças.

Com cerca de 2,3 crianças por família em todo o mundoele tem que visitar cerca de 300 milhões de domicílios.

Distribuindo essas famílias uniformemente por 69 milhões de quilómetros quadrados de área habitável na Terra (tendo em conta os oceanos, os desertos, a Antárctida e as montanhas), o Pai Natal tem de viajar 144 milhões de quilómetros na véspera de Natal. Isso é quase o mesmo como a distância da Terra ao Sol.

Felizmente, o Papai Noel tem fusos horários a seu favor, com 35 horas entre a entrega do primeiro e do último presente.

Digamos que o Pai Natal use metade do seu tempo para entrar e sair de cada casa, o que lhe dá 17,5 horas no total ou 0,2 milissegundos por casa. Ele usa as outras 17,5 horas para viajar entre as famílias.

A minha hipótese é que ele precisa viajar a impressionantes 8,2 milhões de quilómetros por hora, ou 0,8% da velocidade da luz, para entregar todos os presentes.

Como podemos medir a velocidade do Papai Noel com o nariz de Rodolfo?

Digamos que queremos realmente medir a velocidade da viagem do Pai Natal para ver se corresponde à hipótese.

Um radar de velocidade padrão não resolveria o problema. Mas temos telescópios na Terra que podem medir a cor de alguma coisa usando espectroscopia.

A rena líder do Pai Natal, Rudolph, tem uma famosa nariz vermelho rubi. Se pudéssemos observar o Papai Noel com telescópios, poderíamos usar a cor do nariz de Rodolfo para medir sua velocidade usando o Efeito Dopplerque descreve como a velocidade afeta o comprimento de onda. Isso porque o nariz de Rudolph não ficaria tão vermelho se ele estivesse viajando em alta velocidade.

Qual é o efeito Doppler? Um bom exemplo é o som de uma ambulância. Quando ele passa por você na rua, seu som é mais agudo quando ele se aproxima e mais grave quando ele se afasta. Isso ocorre porque, à medida que a ambulância se desloca em sua direção, as ondas sonoras são comprimidas em um comprimento de onda mais curto, e um comprimento de onda mais curto significa um tom mais alto.

A mesma coisa acontece com a luz. Se uma fonte de luz estiver se afastando de você, o comprimento de onda será esticado e ficará mais vermelho ou “desviado para o vermelho”. Se a fonte de luz estiver viajando em sua direção, o comprimento de onda será comprimido e a luz ficará mais azul ou “desviada para o azul”.

Rudolph, a rena com desvio para o vermelho

A luz vermelha tem comprimento de onda de 694,3 nanômetros quando está “em repouso”, o que significa que não está se movendo. Essa seria a medida de um Rudolph estacionário.

Digamos que o Papai Noel prefira entregar os presentes rápido, para poder relaxar com um pouco de leite e biscoitos no final da noite. Ele faz suas renas correrem muito mais rápido do que eu imaginava, a 10% da velocidade da luz ou 107 milhões de quilômetros por hora.

Nessa velocidade, o nariz de Rudolph mudaria de azul para laranja brilhante (624 nanômetros) enquanto ele voava em direção à sua casa.

E seria desviado para um vermelho muito escuro (763 nanômetros) à medida que ele se afastava. O vermelho mais escuro que os olhos humanos podem ver está ao redor 780 nanômetros. Nessas velocidades, o nariz de Rudolph ficaria quase preto.

O efeito Doppler tem um papel na astronomia

Os astrônomos usam o efeito Doppler para medir como as coisas se movem no espaço. Podemos usá-lo para ver se um estrela está orbitando outra estrela – o que é conhecido como sistema binário.

Também podemos usá-lo para encontrar exoplanetas (planetas orbitando outras estrelas além do nosso Sol) usando um método chamado “velocidade radial“. Podemos até usá-lo para medir as distâncias até galáxias distantes.

Há algumas coisas que a ciência simplesmente não consegue explicar, e uma delas é a magia do Pai Natal. Mas se os astrônomos algum dia capturarem Rudolph com seus telescópios, eles certamente avisarão a todos.

Laura Nicole DriessenPesquisador de Pós-Doutorado em Radioastronomia, Universidade de Sydney

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.