¿Por qué el cielo es azul?
En un día soleado y despejado el cielo se ve azul, aunque generalmente
de un azul más claro cerca del horizonte, mientras que el Sol es de un
blanco amarillento enceguecedor. En el ocaso, el Sol suele verse rojo y no tan
brillante, y el cielo del poniente también se ve rojizo. ¿A
qué se debe todo esto? A continuación, una explicación
breve.
Ondas de luz
La luz es una forma de energía que se transmite en ondas. A
diferencia del sonido, que también viaja en forma de ondas pero que
necesita de un medio material (aire, agua, sólidos) para transmitirse,
la luz es una onda electro-magnética, que puede viajar en el
vacío o en medios transparentes (como el aire y el agua).
La luz del Sol está compuesta de infinidad de ondas de diferentes
longitudes de onda. La longitud de onda es la distancia entre dos
"crestas" sucesivas de una onda. Nuestros ojos pueden ver un cierto rango de
longitudes de onda, que corresponden a distintos colores: desde el rojo
(longitud de onda más larga), pasando por anaranjado, amarillo, verde y
azul, al violeta (la longitud de onda más corta que podemos ver).
Para tener una idea, al color verde corresponde una longitud de onda de unas
cinco diezmilésimas de milímetro.
La atmósfera terrestre
La atmósfera terrestre es una mezcla de moléculas gaseosas (78%
nitrógeno, 21% oxígeno, 1% argón y vapor de agua,
trazas de otros gases); hay también en suspensión
partículas de polvo, cristales de hielo, cenizas, etc.
La atmósfera es más densa cerca de la superficie terrestre.
La luz en la atmósfera
En el vacío, la luz viaja en línea recta y sin nada que la
perturbe. Al penetrar en la atmósfera, la luz puede incidir sobre un
grano de polvo o en una molécula. En cada uno de estos casos pasan
cosas distintas:
Los granos de polvo y las gotitas de agua son de tamaño mucho mayor que
la longitud de onda de la luz visible, por lo tanto actúan como
"espejos" que reflejan la luz incidente en diferentes direcciones, sin
cambiarle el color.
La moléculas son más chicas que la longitud de onda de la luz
visible. Cuando una onda luminosa choca con una molécula, ésta
puede absorber la luz, y luego la emite en cualquier otra
dirección. Este fenómeno se llama dispersión.
Pero las moléculas son mucho más eficientes para dispersar la
luz de longitud de onda corta (azul) que la luz de longitud de onda larga
(rojo). Este proceso fue estudiado por el físico Lord John Rayleigh
hacia 1870, por eso se lo conoce como "dispersión Rayleigh".
El cielo azul
El color azul del cielo se debe a la dispersión Rayleigh. Cuando la luz
del Sol atraviesa la atmósfera para llegar hasta nosotros, la mayor
parte de la luz roja, anaranjada y amarilla (longitudes de onda largas) pasa
sin ser casi afectada. Sin embargo, buena parte de la luz de longitudes de
onda más cortas es dispersada por las moléculas gaseosas del
aire. A cualquier parte del cielo que miremos, estaremos viendo algo de esa
luz dispersada, que es azul, y por eso el cielo es de ese color.
En cambio, la luz que nos llega directamente del Sol perdió parte de
su color azul, por eso el Sol se ve amarillento.
Al mirar hacia un punto más cercano al horizonte, el cielo se ve de un
color azul más pálido. Esto se debe a que, para llegar hasta
nosotros, la luz del cielo debe en este caso atravesar una mayor cantidad de
aire, y por lo tanto vuelve a ser dispersada. La luz que nos llega del cielo
cercano al horizonte habrá entonces perdido parte de su color azul y se
verá pálida o blanquecina.
En el espacio
En órbita fuera de la atmósfera terrestre o desde la Luna, el
Sol se ve blanco y el cielo negro. Al no haber moléculas que dispersen
la luz, todas las longitudes de onda de la luz solar nos llegan por igual y el
Sol se ve blanco. Y el cielo se ve negro porque no hay nada que disperse la
luz.
El ocaso
A medida que el Sol está más cerca del horizonte, la luz debe
atravesar una porción de atmósfera cada vez mayor para llegar a
nosotros (recordemos que la atmósfera es muy delgada comparada con el
radio terrestre). El color del Sol va cambiando primero a anaranjado, luego a
rojo. Esto se debe a que se van dispersando cada vez más las longitudes
de onda cortas (azul, verde), y sólo nos llega la luz más roja.
El cielo alrededor del sol poniente puede tomar colores muy variados. Cuando
el aire contiene gran cantidad de partículas de polvo o gotitas de
agua, éstas reflejan luz blanca en todas direcciones. Sobre esta luz
actúa la dispersión Rayleigh, eliminando las longitudes de onda
más cortas. Por eso el cielo se ve rojizo.
(adaptado de "SCIENCE MADE
SIMPLE")
Preguntas y comentarios:
Página de divulgación de Sergio A. Cellone