¿Por qué el cielo es azul? La dispersión de Rayleigh

(Fuente: D_medioambiente)
Autores: Sonia Vega García, Sergio Martínez-Campos Gutiérrez
Los seres humanos siempre hemos sentido admiración por el cielo desde tiempos inmemorables, no solo durante las noches estrelladas que nos evocan pensamientos existencialistas, sino también durante las horas de luz, cuando este ofrece toda gama de colores.

Seguramente todos nos hemos llegado a plantear, al menos una vez, ¿por qué el cielo es azul? ¿o naranja o rojo al atardecer? La respuesta la encontró por primera vez el matemático John William Strutt, mejor conocido como Lord Rayleigh, en la segunda mitad del siglo XIX.

El Sol emite radiación electromagnética a diferentes longitudes de onda. Parte de esta radiación la compone la luz visible, también conocida como luz blanca, que en realidad no es más que la suma de todos los colores del arco iris (desde el violeta, con menor longitud de onda, hasta el rojo, con mayor longitud de onda). A medida que la luz solar recorre la atmósfera va "chocando" con lo que se encuentra a su paso: las moléculas de los diferentes gases, las partículas sólidas en suspensión, agua, etc. Cuando el tamaño de estas partículas es menor que la longitud de onda de la luz blanca (menor a una décima parte de micrómetro), esta se dispersa en todas las direcciones, predominando la luz azul. Esto se debe a que la probabilidad de que se disperse más uno u otro color viene determinado por el coeficiente de dispersión, cuya fórmula es 1/λ4, siendo λ la longitud de onda. La luz violeta y la luz azul son las que menor longitud de onda tienen dentro de la luz visible, por lo que sustituyendo sus valores en la fórmula serán las que dé un mayor cociente y, por tanto, tendrán mayor probabilidad de dispersión. Este fenómeno se conoce como dispersión de Rayleigh.

A su vez, los rayos dispersados van chocando con las partículas gaseosas que hacen de espejo, volviendo a desviarse de nuevo y aumentando su intensidad.

Sin embargo, teniendo en cuenta lo anteriormente explicado ¿no deberíamos ver el cielo violeta en vez de azul ya que su longitud de onda es aún más corta? Pues lo cierto es que no, ya que nuestro ojo humano es muy poco sensible al color violeta. Además, la luz visible contiene mayor radiación de la longitud de onda azul que violeta.

Cuando la luz blanca llega a la atmósfera se dispersa al "chocar" con aquellas partículas cuyo tamaño es menor que la longitud de onda (λ). La luz azul se dispersa más fácilmente que la luz roja (Fuente: D_medioambiente).
Cuando el tamaño de las partículas es mayor que la longitud de onda no se produce el fenómeno de la dispersión diferencial, sino que toda la luz blanca se dispersa por igual. Ello explica por ejemplo, que las nubes se vean blancas debido a que las gotas de agua que la forman tienen mayor tamaño que la décima parte de un micrómetro. Sin embargo, hay ocasiones en que estas gotas de agua son tan densas que la luz no las penetra y hace que se vean de color gris, que es lo que observamos cuando hay mucha nubosidad.

Pero lo cierto es que el cielo no siempre es azul, por lo que la dispersión de Rayleigh no aclara, hasta este punto, por qué al amanecer o al atardecer podemos observar una gama de tonalidades rojizas. Pero esto también tiene su explicación.

Atardecer (Fuente: D_medioambiente)
Durante el crepúsculo, el Sol ya no se encuentra perpendicular a nosotros, sino en el horizonte, por lo que la luz recorre una mayor distancia hasta llegar a nosotros.
La posición del Sol va variando según el momento del día. Durante la salida y puesta del Sol la luz debe recorrer una mayor distancia (Fuente: D_medioambiente)
Al haber un menor ángulo de incidencia, la luz azul ya se ha dispersado mucho antes de llegar a nosotros, prevaleciendo la de longitud de onda más larga, que son aquellas correspondientes a los tonos rojizos. No es que la dispersión de Rayleigh deje de actuar, lo que ocurre es que actúa cuando los rayos entran en la atmósfera, en otro lugar donde el Sol está en su cénit.

El cielo, tanto nocturno como diurno, siempre ha sido objeto de observación y lugar donde se ha perdido nuestra imaginación. La curiosidad y la ciencia no iban a ser menos, y como en otros casos de lo más cotidianos, como el porqué del color de las hojas o de dónde viene la lluvia, encontraron una explicación que, lejos de quitarle su misticismo, ayuda a su comprensión y admiración.

Fuentes de consulta:


"La amplitud del cielo, la arquitectura movible de las nubes, las coloraciones cambiantes del mar, el centelleo de los faros, son un prisma maravillosamente apropiado para distraer los ojos, sin cansarlos jamás".
Charles Boudelaire (1821-1867), poeta, ensayista, crítico de arte y traductor francés.
en
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