Por que o espaço é escuro se o Sol está iluminando o vácuo?

Porque no vácuo o Sol não tem nada para iluminar.

Para explicar, imagine que, em vez de luz, a estrela emite bolinhas minúsculas. Isso não é tão distante da realidade, já que a luz visível e todas as demais formas de radiação eletromagnética são compostas de fótons, partículas do modelo padrão.

O seu olho só vê coisas quando essas bolinhas entram pela pupila e atingem a retina, ativando as células fotorreceptores (cones e bastonetes) que existem no fundo do globo ocular.

Se você for um astronauta no espaço aberto, olhando para o Sol – não faça isso –, ele evidentemente estará emitindo bolinhas em todas as direções. Mas você só verá as bolinhas que estiverem entrando nos seus olhos. As bolinhas que ele emite para cima, para baixo ou para os lados não serão visíveis.

Agora mude a situação. Imagine que você está em um quarto e escuro e acende a luz. Ainda há fótons que trafegam diretamente da lâmpada no teto para os seus olhos. Mas também há fótons que batem na parede e só então alcançam sua visão. Fótons que refletem nos objetos e chegam a você. Fótons que refletem no seu próprio corpo e depois penetram na sua pupila.

Como o quarto é forrado se superfícies, ele se acende completamente conforme as coisas que estão dentro dele dispersam os raios de luz que incidem sobre elas.

No espaço, os únicos objetos são planetas, e eles de fato são acesos pelo Sol. É por isso que nós somos capazes de observá-los aqui da Terra: eles refletem a luz da estrela na nossa direção. Mas o vácuo não é alguma coisa para refletir luz na nossa direção.

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