El Color del Cielo

¿Alguna vez se han preguntado el por qué del color del cielo?   El cielo siempre lo representamos de color azul.  La razón es que nosotros lo vemos de ése color cuando está despejado y se debe a un fenómeno conocido como dispersión de Rayleigh, que consiste en la dispersión elástica de la luz por partículas menores que la longitud de onda de la luz.  La dispersión de Rayleigh se da en ambientes transparentes, como el de nuestra atmósfera, dado que el azul es de menor longitud de onda que el rojo o el amarillo, es más dispersado por los gases de la atmósfera que las demás longitudes de onda, ya que la intensidad de la dispersión de luz de Rayleigh is inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, por lo que una longitud de onda pequeña (azul) será más intesamente dispersada que una longitud de onda más grande (rojo).  En realidad, el verde también se dispersa más por ser de corta longitud de onda, junto con el violeta (aunque es más difícil de detectar por el ojo humano), el color del cielo despejado es un promedio de las longitudes de onda dispersadas, la luz del sol es blanca y contiene todos los colores del arco iris.  El sol es la fuente de la luz visible, como el azul y el verde son dispersados esos colores son sustraídos a su luz y es la razón por la cual lo vemos amarillento.  Cuando el sol está muy bajo en el horizonte su luz nos llega de forma oblicua, y pasa por más capas de aire, por lo que hay tiempo de una mayor dispersión y por lo tanto vemos al sol color rojizo al alba y durante el ocaso, lo mismo sucede con el cielo; cuando el sol está en lo alto del cielo durante el mediodía su luz nos llega en forma más directa, perpendicular a la superficie de la tierra y atraviesa menos capas de luz, es por eso que el sol tiene a verse de un color más blanco (aunque no debe verse el sol sin filtros de luz durante el mediodía porque puede producir daño al tejido ocular).  La dispersión de luz de Rayleigh (y otro fenómeno relacionado llamado dispersión de Mie), son la causa de que veamos halos en torno al sol y a la luna, debido a partículas de polvo en la atmósfera.  El fenómeno de la dispersión de Mie es usado en la química de polímeros y en la química de macromoléculas (moléculas muy grandes) para medir el tamaño de partícula y el peso molecular, entre otros parámetros.  Un fenómeno parecido es el efecto Tyndall, que ocurre en coloides, es muy visto en química, ocurre con partículas de 40 a 900 nanómetros de diámetro (cercanas a la longitud de onda de la luz visible) y es muy útil en turbidimetría.  La dispersión de Rayleigh es responsable también de un fenómeno curioso que ocurre en las noches, a veces cuando está nublado y la capa de nubes está situada a baja altura y cargada con mucha humedad, las nubes se ven color rojo pardo, es por la dispersión de la luz reflejada por la luna y del suelo, dado que hay menos cantidad de luz es más notoria la dispersión de la longitud de onda color roja.  La dispersión de la luz, su turbulencia y diferencia en la temperatura es la razón por la cual vemos que las estrellas centellean, es decir, cambia la intensidad de su luz, mientras que los planetas no centellean.  La dispersión de la luz es la razón por la cual existen la aberración de la luz y también hace que se desvíe la luz.

Cielo despejado.

La dispersión de Rayleigh es más evidente después de la puesta del sol.

Pero entonces, si el sol no es color amarillo como vemos en dibujos, ¿de qué color es en realidad el sol?  La pregunta se puede contestar si recordamos que el sol es una estrella de secuencia principal del tipo G2V con una temperatura superficial de unos 5,000 grados centígrados, por lo que produce luz en todas longitudes de onda, lo que hace que se combine y nuestro ojo lo perciba color blanco.  El color más aproximado a la luz del sol es el llamado #fff5f2, que consiste de 255 de rojo, 245 de verde y 242 de azul (R,G,B, 255,245,242).  La imagen muestra el color aproximado del sol.

El color #fff5f2, el verdadero color del sol (R,G,B 255,245,242).

Y si no hubiera atmósfera, ¿cómo veríamos el sol?  Si estuviéramos en el espacio sería algo difícil d de hacer, porque la atmósfera filtra la luz solar y reduce su intensidad, sin el filtro atmosférico la luz solar es más intensa y se corre el riesgo de un daño permanente al ojo, es la razón por la cual los astronautas usan visor protector como el que usan los soldadores en sus caretas.  De hecho, una de las cámaras a color del Apollo 12 fue apuntada sin querer al sol y quedó dañada irreversiblemente, por lo que no pudo ser usada.  Una pista es cómo vemos la luna, el satélite de la tierra sino que refleja la luz del sol, y el material de la luna es blanco, por lo que la luz del sol es obvio que es blanca.  Desde el espacio, el sol lo veríamos color blanco, diferente a como lo vemos en la tierra, ésta foto muestra cómo se vería el sol desde fuera de la tierra sin atmósfera, aunque es mejor tener una atmósfera porque nos protege de las radiaciones UV, gamma y rayos X; permite tener una temperatura constante y cuando dispersa la luz solar da un hermoso color azul.

Foto del sol tomada por la tripulación del transbordador espacial Atlantis cuando se acercaban a la estación espacial Internacional.

El sol visto desde la Estación Espacial Internacional.  En la tierra se vé el océano Pacífico con nubes de tormentas eléctricas (towering thunderclouds) y sus sombras, también se ve el reflejo de la luz solar.