Ese cielo azul de imagen perfecta salpicado de nubes es un complemento de la dispersión de Rayleigh. Manuel Breva Colmeiro / Moment / Getty Images Cielos azules, sonriéndome / Nada más que cielos azules veo ... - Irving Berlín Si alguna vez te has preguntado por qué como Irving Berlin, ves "nada más que cielos azules, "estás en buena compañía. Se necesitaron muchos siglos y mucha gente inteligente, incluido Aristóteles, Isaac Newton, Thomas joven, James Clerk Maxwell y Hermann von Helmholtz - para descifrar la respuesta, en parte porque la solución abarca muchos componentes:los colores de la luz del sol, el ángulo en el que viaja la iluminación solar a través de la atmósfera, el tamaño de las partículas en el aire y las moléculas atmosféricas, y la forma en que nuestros ojos perciben el color.
Saquemos el cielo de la ecuación por un momento y comencemos mirando el color. Desde el punto de vista de la física, el color se refiere a las longitudes de onda de la luz visible que sale de un objeto y golpea un sensor, como un ojo humano. Estas longitudes de onda pueden reflejarse, o dispersado , de una fuente externa, o pueden emanar del propio objeto.
El color de un objeto cambia según los colores contenidos en la fuente de luz; por ejemplo, pintura roja, visto bajo luz azul, se ve negro. Isaac Newton demostró con un prisma que la luz blanca del sol contiene todos los colores del espectro visible, por lo que todos los colores son posibles a la luz del sol.
En el colegio, la mayoría de nosotros aprendimos que un plátano parece amarillo porque refleja la luz amarilla y absorbe todas las demás longitudes de onda. Esto no es exacto. Un plátano esparce tanto naranja y rojo como amarillo, y dispersa todos los colores del rango visible en un grado u otro [fuente:Bohren]. La verdadera razón por la que se ve amarilla se relaciona con la forma en que nuestros ojos perciben la luz. Antes de entrar en eso, sin embargo, veamos de qué color es realmente el cielo.
Lo haremos a continuación.
Como plátanos átomos, Las moléculas y partículas de la atmósfera absorben y dispersan la luz. Si no lo hicieron, o si la Tierra no tuviera atmósfera, percibiríamos el sol como una estrella muy brillante entre otras en un cielo de noche perpetua. No todas las longitudes de onda en el espectro de luz visible se dispersan por igual, sin embargo. Más corta, longitudes de onda más enérgicas, hacia el extremo violeta del espectro, esparcir mejor que aquellos hacia el más largo, menos enérgico, extremo rojo. Esta tendencia se debe en parte a su mayor energía, lo que les permite jugar más al ping-pong, y en parte a la geometría de las partículas con las que interactúan en la atmósfera.
En 1871, Lord Rayleigh derivó una fórmula que describe un subconjunto de estas interacciones, en el que las partículas atmosféricas son mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la radiación que las golpea. El modelo de dispersión de Rayleigh mostró que, en tales sistemas, la intensidad de la luz dispersa varía inversamente con la cuarta potencia de su longitud de onda. En otras palabras, las longitudes de onda más cortas, como el azul y el violeta, se dispersan mucho más que las largas cuando las partículas, como las moléculas de oxígeno y nitrógeno, son relativamente pequeñas. Bajo estas condiciones, la luz dispersa también tiende a dispersarse por igual en todas las direcciones, por eso el cielo parece tan saturado de color [fuente:Bohren].
Si fuéramos lo suficientemente tontos como para mirar directamente al sol, veríamos todas las longitudes de onda, porque la luz llegaría directamente a nuestros ojos. Por eso el sol y el área que lo rodea se ven blancos. Cuando apartamos la mirada del sol en el cielo despejado, Vemos luz principalmente desde lo más corto, longitudes de onda dispersas como violeta, índigo y azul.
Entonces, ¿por qué el cielo no parece violeta en lugar de azul claro? Los ojos lo tienen. Tus mirones perciben el color usando estructuras llamadas conos . Tus retinas se erizan con unos 5 millones de conos cada una, compuesto por tres tipos que se especializan en ver diferentes colores [fuente:Schirber]. Aunque cada tipo de cono es más sensible a ciertas longitudes de onda máximas, los rangos de los tipos de cono se superponen. Como resultado, diferentes espectros y combinaciones espectrales pueden detectarse como el mismo color.
A diferencia de nuestros sentidos auditivos, que puede reconocer instrumentos individuales en una orquesta, nuestros ojos y cerebros interpretan ciertas combinaciones de longitudes de onda como una sola, color discreto. Nuestro sentido visual interpreta la luz azul violeta del cielo como una mezcla de luz azul y blanca, y por eso el cielo es celeste.
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Franja del atardecerEl color del cielo puede cambiar según el polvo, contaminación y vapor de agua, que afectan la absorción y dispersión de la luz solar de manera diferente. El tinte rojizo de las puestas de sol se debe principalmente al hecho de que la luz del sol viaja a través de más atmósfera para llegar a nuestros ojos. Para cuando llegue la luz ha sido despojado de longitudes de onda más cortas, que se han dispersado, dejando solo la longitud de onda más larga, iluminación directa de los tonos más rojos de la luz solar.
