“¿Por qué el cielo es azul?” Posiblemente, ésta sea una de las preguntas que todo niño hace en su etapa de preguntar el porqué de todo. Y posiblemente sea también una de las que muchos padres no sabrían contestar muy bien.

Luz y colores

Lo primero que hay que tener en cuenta es qué significa ver algo de un color. La luz visible es una radiación electromagnética, como las ondas de radio, microondas, o rayos X. La única peculiaridad que tiene es que los conos y bastones de nuestros ojos se excitan al recibirla. Al igual que cualquier onda electromagnética, está formada por fotones que se propagan muy rápidamente (a la velocidad de la luz, obviamente) y oscilan a determinadas frecuencias. Cuando vemos algo, lo que ocurre es que fotones procedentes de eso que vemos, estan impactando en nuestra retina. En la inmensa mayoría de los casos, los fotones no son originados por el propio objeto visible, sino que provienen en realidad de una fuente de luz (el sol, una bombilla) y rebotan en el objeto en cuestión.

Nuestros ojos son sensibles a la radiación electromagnética en un rango muy determinado de frecuencias o longitudes de onda (la frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales). Fuera de ese rango, no vemos nada. Dependiendo de la longitud de onda, nuestros ojos reaccionan de forma diferente, y así es como percibimos el color. Podemos observar el espectro completo de colores en un arco iris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. El color rojo corresponde a la lontitud de onda mayor (y por tanto, frecuencia menor) entre 625 nm y 740 nm, y el color violeta corresponde a la longitud de onda menor (y por tanto, a la frecuencia mayor) entre 380 nm y 430 nm (un nanómetro, abreviado nm, es la millonésima parte de un milímetro).

A nuestros ojos puede llegar una combinación de longitudes de onda, que nuestro cerebro interpreta como una variedad mucho mayor de colores. Concretamente, si recibimos todos los colores del arco iris a la vez, percibimos esa visión como de color blanco. Es decir, la luz blanca está formada por varios colores, cada uno con una longitud de onda concreta.

Dispersión

La luz no viaja inalterable por la atmósfera. Existe un fenómeno físico llamado dispersión. Cuando la luz atraviesa un medio transparente, algunos fotones colisionan contra partículas y son desviados de su trayectoria. Parte de la luz se dispersa. Cuanto más cantidad de ese medio atraviesa, más se dispersa. Este fenómeno es mucho más apreciable en gases, y nuestra atmósfera no es ninguna excepción.

La dispersión de la luz depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño de las partículas. Si las partículas son mayores que la longitud de onda, la dispersión es independiente de ésta, y se rige por la teoría de Mie. Todas las longitudes de onda sufren la misma dispersión, o traducido al cristiano, afecta a todos los colores por igual. Además, la dispersión ocurre preferentemente en una dirección no muy desviada de la original. Es decir, la mayoría de fotones que se dispersen, se desviarán solo un poco. Esto es lo que ocurre con las nubes o nieblas. Las microscópicas gotas de agua que las forman, son mayores que la longitud de onda de la luz visible, y por eso son blancas (o grises), ya que todos los colores de la luz que las atraviesan (que es blanca y proviene del sol), se dispersan por igual.

Si las partículas son menores que la longitud de onda, entonces la dispersión depende de la misma, siendo mayor a longitudes de onda menores. Ésta es la llamada dispersión de Rayleigh. En este caso, se puede calcular el coeficiente de dispersión mediante una sencilla fórmula, en la que dicho coeficiente es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, por lo que una pequeña variación de la misma puede suponer una gran variación en el coeficiente.

Esto es lo que ocurre en el cielo. La luz azul se dispersa mucho más en nuestra atmósfera que el resto de colores (salvo el violeta). Esto quiere decir que una parte de los fotones correspondientes al azul, no nos llegan directamente desde el sol, sino después de haber rebotado por la atmósfera. Si miramos un punto cualquiera del cielo, nuestros ojos reciben fotones correspondientes a la longitud de onda del azul, que al atravesar la atmósfera han rebotado varias veces, hasta llegar a nosotros. El resto de colores apenas se dispersa, por lo que únicamente los recibimos directamente del sol.

Ese es el motivo, no solo de que el cielo sea azul, sino de que el azul es más intenso cuanto más lejos del sol miramos, ya que a medida que nuestra mirada se acerca al sol, recibimos más cantidad del resto de colores.

Pero el cielo cerca del horizonte también es más pálido, pensaréis algunos. Cierto, pero eso es debido a la luz reflejada por la misma superficie de la tierra.

¿Y qué pasa durante la puesta de sol? Cuando el sol está cerca del horizonte, la luz tiene que atravesar una mayor cantidad de atmósfera que cuando está alto en el cielo. La dispersión aumenta, y ya no sólo la dispersión de la luz azul es apreciable, sino la del resto de colores también. El rojo es el color con longitud de onda más baja, por lo que apenas sufre dispersión. Al ser el único color que nos llega directamente del sol, lo vemos rojo. El naranja y amarillo sí se dispersan, y por eso, el cielo que rodea el sol es de esos colores. El verde se dispersa más, y aunque no se puede apreciar en todas las puestas de sol, aquellos con suerte y buena vista podrán distinguir a veces un tenue color verde separando las zonas amarillentas y azuladas de cielo. El azul y violeta de dispersan mucho más, y lejos del sol, podemos ver aún algo de estos colores.

¿Y por qué no violeta?

El lector avispado se hará ahora una pregunta: si la dispersión aumenta con la inversa de la longitud de onda, y el violeta es el color con menor longitud de onda, ¿por qué demonios el cielo es azul y no violeta? Bueno, eso es debido a nuestra propia fisiología. Nuestros ojos tienen receptores (conos) para ver sólo tres colores: rojo, verde y azul. El resto de colores excita varios tipos de conos a la vez, o lo que es lo mismo, podemos obtener el resto de colores a partir de la combinación de esos tres. Así, la luz amarilla excita los conos correspondientes al rojo y al verde. Si en vez de luz amarilla, recibimos luz roja y verde mezclada, veremos amarillo igualmente.

De hecho, así es como funcionan las televisiones y monitores de ordenador. Si miráis muy de cerca la pantalla (tiene que ser de tubo de rayos, ya que en las de plasma no se aprecia), veréis puntitos únicamente de esos tres colores. Los que hayan utilizado alguna vez algún programa de diseño gráfico o retoque fotográfico, o simplemente les guste el diseño web, sabrán que todos los colores se obtienen como mezcla de rojo, verde y azul. Se trata del famoso RGB (Red Green Blue). Esta forma de percibir los colores, provoca que haya colores que veamos mejor que otros. Concretamente, nuestra sensibilidad al color azul es muchísimo mayor que al violeta.

Por otro lado, tenemos el hecho de que el violeta, tal vez se disperse demasiado para que nos llegue con suficiente intensidad. Esto, unido a lo anterior, hace que veamos el cielo azul, y no violeta.

This entry was posted on Monday, March 19th, 2007 at 12:35 and is filed under Blog sobre Ciencia, Ciencia . You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can leave a response, or trackback from your own site.