¿Por qué vemos el cielo de color azul?

El cielo azul es una de las maravillas más fascinantes de la naturaleza. Este fenómeno, que damos por sentado, tiene su explicación en la interacción de la luz solar con la atmósfera terrestre. En este apartado, exploraremos cómo la física de la luz, el papel de los gases atmosféricos y las condiciones climáticas se combinan para pintar el cielo en sus distintos tonos de azul. ¡Acompáñanos a descubrir la ciencia detrás de este espectáculo natural!

Pintura de Naoya Ohtani.

Retomando los conceptos vistos en las publicaciones anteriores el color azul del cielo se debe a un fenómeno físico conocido como dispersión de Rayleigh, el cual ocurre cuando la luz solar interactúa con las moléculas de la atmósfera terrestre. Esta dispersión es un fenómeno físico que describe cómo la luz o cualquier onda electromagnética se dispersa al interactuar con partículas que son significativamente más pequeñas que su longitud de onda.

Recordemos que la luz solar es una combinación de diferentes longitudes de onda que abarcan todo el espectro visible, desde la luz violeta (longitudes de onda más cortas, ~400 nm) hasta la roja (longitudes de onda más largas, ~700 nm). Aunque percibimos la luz solar como blanca, en realidad está formada por estas distintas longitudes de onda.

Cuando la luz solar entra en la atmósfera, choca con partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz, como moléculas de nitrógeno y oxígeno. Estas moléculas dispersan la luz en todas direcciones. La dispersión de Rayleigh tiene una relación inversa con la cuarta potencia de la longitud de onda (como se muestra en la ecuación de la siguiente imagen​), lo que significa que las longitudes de onda más cortas (violeta y azul) se dispersan mucho más que las longitudes de onda largas (rojo, naranja, amarillo).

Pero si las longitudes de onda más cortas son de color violeta y azul, ¿por qué no vemos el color violeta en el cielo?

Aunque la luz violeta tiene una longitud de onda aún más corta que la azul y se dispersa más, el cielo no se percibe violeta debido a varios factores:

• Sensibilidad del ojo humano: Nuestros ojos son más sensibles al azul que al violeta, gracias a las características de los conos presentes en la retina.

• Absorción de luz ultravioleta: Parte de la luz violeta y ultravioleta es absorbida por la atmósfera, especialmente por la capa de ozono.

• Mezcla de colores dispersos: La luz azul es dominante entre las longitudes de onda cortas dispersadas y predomina en nuestra percepción.

Aunque el cielo es azul en la mayor parte del día, también es cierto que toma diferentes coloraciones en los amaneceres y atardeceres, esto puede variar debido a condiciones específicas como:

• Altura del sol: Durante el amanecer o atardecer, el cielo puede parecer rojo o naranja porque la luz solar atraviesa una mayor cantidad de atmósfera, dispersando las longitudes de onda más cortas y dejando prevalecer las más largas.

• Partículas suspendidas: La presencia de polvo, agua, o contaminación puede cambiar el patrón de dispersión, causando fenómenos como cielos blanquecinos o rojizos. Por muy bonito que se vea el cielo en coloraciones rosadas o anaranjadas al atardecer, esto es un indicador de alta contaminación comúnmente en zonas urbanas.

Flame Orange Sky, pintura de Lauren Kuhn.

En resumen, el azul del cielo es el resultado de la dispersión preferencial de las longitudes de onda más cortas de la luz solar debido a las propiedades físicas de nuestra atmósfera y la sensibilidad de nuestros ojos. Este fenómeno no solo explica el color del cielo, sino que también subyace en otros efectos ópticos de la naturaleza. Comprender este fenómeno no solo nos conecta con la ciencia detrás de nuestro entorno, sino que también nos invita a apreciar la belleza y complejidad de la naturaleza. ¡El cielo tiene mucho más de lo que parece a simple vista!

Fuentes

• Rayleigh, L. (1871). "On the Light from the Sky, its Polarization and Colour." Philosophical Magazine.

• Introduction to Atmospheric Physics por David G. Andrews.

• NASA Science: "Why is the sky blue?" https://spaceplace.nasa.gov/blue-sky