Por qué el cielo es azul es una de las preguntas más frecuentes. La respuesta corta a esta pregunta es: debido a la atmósfera terrestre y la luz solar. Si la Tierra no tuviera atmósfera, el cielo sería tan negro durante el día como lo es durante la noche.
El cielo es azul para hoy y negro para las noches. Lo que distingue el día de la noche es la luz del sol que está ausente en la noche, porque entonces estamos en la parte de la Tierra que da la espalda al sol. Esto ya nos da la primera pista de lo que estamos hablando: la luz del sol afecta el color del cielo.
Luz del sol y colores
El sol es blanco, al igual que los rayos del sol, que deben viajar desde nosotros hasta el sol (aproximadamente) 150 millones de kilómetros. Decir que el Sol es blanco puede ser un poco engañoso porque el blanco no es realmente un color, lo que significa que no es solo un color. Se compone de muchos colores (más profesionalmente se puede decir así: el blanco es un color policromático, que consiste en una gama continua de colores). Esto es lo que realmente significa.
Los rayos de luz blanca se pueden separar en un hermoso espectro de colores coloridos usando un dispositivo similar a un prisma. Este es un fenómeno a largo plazo en el que la luz solar blanquecina se descompone en un colorido espectro de colores a través de las gotas de lluvia.
También podemos ver la luz como una onda, y para entender por qué el cielo es azul, debemos hacerlo. Entonces, en términos generales, la luz es una onda (más formalmente: radiación electromagnética) de cierta longitud (o frecuencia).
Las ondas de luz visible (eso es lo que nuestro ojo puede detectar y convertir nuestro cerebro en una imagen) tienen longitudes de onda de aproximadamente 400 a 700 nanómetros, y en este contexto, el color es solo ciertas longitudes de onda. Por ejemplo, la luz roja tiene una longitud de onda de aproximadamente 625 a 740 nanómetros, la luz verde tiene una longitud de onda de 500 a 565 nanómetros, la azul tiene una longitud de onda de 380 a 440 nanómetros y la violeta tiene una longitud de onda de 380 a 440 nanómetros.
Con respecto a la pregunta que estamos respondiendo aquí, es importante recordar lo siguiente:
- La luz azul y violeta tienen la longitud de onda más baja de los otros colores de luz visibles,
- El sol atraviesa el espacio vacío en su camino hacia nuestros ojos hasta que llega a la atmósfera de la Tierra. Y a medida que lo atraviesas, suceden cosas interesantes que terminan volviendo azul el cielo.
Atmósfera de la Tierra
¿Qué es la atmósfera de la Tierra en general? Este es el manto de la Tierra, compuesto por varios gases (y existe porque la gravedad de la Tierra es lo suficientemente fuerte como para «atarlos» a sí misma). Todos sabemos que uno de estos gases es el oxígeno, que la gente necesita para vivir.
Pero muchos se sorprenden al saber que la mayor parte se destina al nitrógeno. La proporción de oxígeno en la atmósfera es de aproximadamente un 21% y de nitrógeno hasta un 78%. La interacción de la luz solar con las moléculas de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera hace que nuestro cielo sea azul.
Dispersión de los rayos del sol en la atmósfera
Cuando los rayos del sol ingresan a la atmósfera, pasando sin obstáculos a través del espacio aéreo, comienzan a «chocar» con las moléculas de nitrógeno y oxígeno. Hay un fenómeno que llamamos dispersión, o dispersión de Rayleigh (según Lord Rayleigh, quien describió este fenómeno en 1871). Tal dispersión ocurre cuando el tamaño de las partículas sobre las que se dispersa la luz es menor que la longitud de onda de esa luz (y esto es cierto para las moléculas de nitrógeno y oxígeno en la atmósfera, que son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz solar visible).
Lo importante de la dispersión de Rayleigh es que depende de la longitud de onda o el color de la luz: la luz de longitud de onda corta se dispersa más y la luz de longitud de onda larga se dispersa menos (si, por casualidad, a la cuarta potencia de la longitud de onda). Por ejemplo, la luz azul típica se dispersa unas 5 veces más eficientemente que la luz roja.
A medida que los rayos del sol atraviesan la atmósfera, los rayos violetas son los que más se dispersan, seguidos de los rayos azules. Esto se puede considerar como los colores púrpura y azul que «escapan» de la luz blanca del sol y se reorganizan, es decir, se dispersan por todo el cielo y finalmente llegan a los ojos, creando una imagen coloreada del cielo. Sin embargo, si el púrpura es más difuso que el azul, entonces ¿por qué el cielo no es púrpura, sino azulado?
Hay dos razones para esto. En primer lugar, notamos que hay menos colores violetas en el espectro solar que azules. En segundo lugar, los ojos humanos son más sensibles al azul que al violeta. Por eso el cielo acaba pareciéndonos azul. Y si no hubiera atmósfera, sería negra, porque no habría moléculas para dispersar la luz del sol por el cielo.
¿Por qué el cielo es rojo al amanecer y al atardecer?
Al amanecer y al atardecer, la luz del sol tiene que viajar una distancia mayor a través de la atmósfera que cuando el sol está alto en el cielo para llegar a nuestros ojos. En este caso, la radiación violeta y azul se dispersa varias veces en direcciones aleatorias y finalmente no llega a nuestros ojos. Y si hay muchas partículas de polvo y smog en esa capa de la atmósfera, esparcirlas contribuirá a enrojecer aún más, creando hermosas puestas de sol.
