¿Por qué el cielo es azul?

Dando un paseo en bicicleta este fin de semana, pensando a la vez de qué hablar en el Blog, miré al cielo y me vino esta idea a la cabeza. ¿Por qué el cielo es azul?

Es importante recordar primero qué es la refracción de la luz, a quién debemos esos conocimientos sobre óptica y cómo puede afectar esto al color del cielo.

La Refracción.

La refracción es un cambio de trayectoria de una onda electromagnética al pasar de un medio transparente a otro, donde cambia su velocidad.

La velocidad de la luz en un medio transparente depende de las características electromagnéticas del propio medio, que "frenan" a esos fotones que forman la luz.

La luz se mueve en el agua con una velocidad aproximada de 225.000 km/s. En el vacío la luz se mueve a 300.000 km/s. Si dividimos la velocidad en el vacío (c) entre la velocidad en un medio transparente (v), obtenemos el llamado índice de refracción en el medio. En el caso del agua, el índice de refracción es de 1,3330. Esto significa que la luz en el agua se mueve 1,333 veces más despacio que como lo haría en el vacío.

Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, ambos transparentes y de distinto índice, el rayo se curva.  Esto es debido a ese cambio de velocidad. El ángulo de curvatura podemos calcularlo mediante la Ley de Snell. Metiendo un lápiz en un vaso de agua y observándolo se puede ver claramente este efecto.

En entradas como Eclipses Lunares y la Radiación de Chérenkov también hablábamos de refracción.

Apuesto a que esta imagen os
resultará familiar.

Tal como demostró Newton con sus Lecciones de Óptica, la luz se refracta por longitudes de onda. Las longitudes de onda más grandes (rojo) se desvían menos que las más cortas (azul):

Refracción al pasar por el prisma de un rayo de luz blanca por colores.

Podemos observar que los colores más desviados, correspondientes a las menores longitudes de onda, son el azul y el violeta; mientras que el resto se desvían mucho menos.

Ahora bien, las pequeñas gotitas de agua que están en la atmósfera funcionan como el prisma de la imagen superior. Son las que después de la lluvia forman el arcoiris. La luz del sol, al impactar con esas gotitas, se desvía. Lo que ocurre es que la mayoría de los colores se desvían tan poco que casi parece que siguen en línea recta. Pero el azul...no. El azul, al ser el que más se desvía, no lo percibimos como si nos llegase directo del Sol, sino de otro sitio. 

En la imagen (algo exagerada para entender mejor) podemos ver que al hombrecito le llegan todos los colores prácticamente sin desviar de la gota de agua "A", pero que le llegan desviados el azul y el violeta de la gota "B". Como el azul lo percibe de un lugar diferente que donde está el Sol como el resto de los colores, a nuestro hombrecito le parece que todo lo que no es el Sol es de color azul. Además, esos rayos azules van haciendo zig-zag, rebotando en las partículas de polvo atmosférico, desviándose aún más. Esta es la explicación de por qué percibimos el cielo de color azul. Al atardecer, debido a que el Sol incide con un ángulo mucho mayor, percibimos solo esas longitudes de onda más largas. Por eso vemos el cielo rojizo al atardecer. Explicación semejante es la de por qué los eclipses lunares tiñen a nuestro satélite de color rojo. En próximas entradas trataré estos temas.

En otros planetas, como Urano o Neptuno, la atmósfera es azulada debido a la alta concentración en metano. En la Tierra, la mayoría de los gases de la atmósfera son transparentes a la luz visible, es decir, sus electrones no se ven afectados por ningún fotón de longitudes de onda entre los 400 y 700 nanómetros. Por eso debemos explicar el color del cielo de otro modo.

Espero sinceramente que os haya gustado. Comentad y compartid.

Un saludo!