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| Atardecer en Dénia, Alicante. Junio de 2023. Foto de Marilina Ruiz de Elvira |
* Este artículo es un resumen de este otro.
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 cegador. En el ocaso, el Sol suele verse rojo y no tan
brillante, y el cielo del poniente también se ve rojizo. A todo esto, mientras
que el cielo es azul, el espacio es negro ¿A qué se debe todo esto?
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 electromagnética, 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).
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Figura 1. A. La luz es una forma de radiación electromagnética, un tipo de energía que viaja en ondas de diferentes longitudes (λ). En conjunto, todos los tipos de radiación conforman el espectro electromagnético. El ojo humano solo puede ver las longitudes entre 400 y 700 nanometros (nm), el llamado espectro visible. B. Cuando la luz atraviesa dos medios de densidad diferente (agua y aire, en la imagen), experimenta los fenómenos de refracción y reflexión.
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 y, por lo tanto,
actúan como "espejos" que reflejan la luz incidente en diferentes
direcciones, sin cambiarle el color.
Las moléculas son más pequeñas
que la longitud de onda de la luz visible. Cuando una onda luminosa choca con
una molécula, esta 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).
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El cielo azul
El color azul del cielo se debe que
cuando la luz solaratraviesa 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. Se debe a
que para llegar hasta nosotros la luz solar debe atravesar un mayor volumen
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 ve
pálida o blanquecina.
En la oscuridad del 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.
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Figura 3. Al penetrar en la atmósfera la luz azul se dispersa más fácilmente porque está compuesta de ondas cortas más pequeñas. La mayor parte de la luz roja, anaranjada y amarilla pasa sin ser casi afectada, porque tiene longitudes de onda largas. Por eso vemos el cielo azul la mayoría del tiempo (3A). Cerca del horizonte (3B), el cielo se vuelve de un color azul pálido o blanco, porque la luz del Sol que llega desde la parte más baja del cielo ha atravesado por más aire que la luz que nos llega desde arriba. Las moléculas del aire dispersan y redispersan la luz azul varias veces y en muchas direcciones. A mediodía la luz solar llega perpendicular. En el orto y en el ocaso (3C), llega tangencialmente, recorre un camino más largo, (es más absorbida por la atmósfera y llega menos intensa. Además, con un recorrido a través de la atmósfera la luz solar vuelve a dispersarse. En el ocaso llega a dispersar completamente hasta el amarillo y a nuestro ojo llegan los dos colores que quedan, naranja y rojo.
Crepúsculos
A medida que el Sol está más
cerca del horizonte como sucede en el amanecer y en el ocaso, 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, estas reflejan luz blanca en todas direcciones. La dispersión elimina las longitudes de onda más cortas. Por eso el cielo se ve rojizo. Estos efectos se incrementan con los contaminantes que contribuyen a puestas de sol espectaculares, pero que obedecen a serios problemas ambientales que los expertos pueden interpretar. ©Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.