Por qué el cielo es azul

Definimos la luz como una onda electromagnética que se desplaza a una velocidad constante y que puede vibrar con cierta frecuencia. Se llama longitud de onda a la distancia que es capaz de recorrer una onda hasta completar un ciclo y depende de su frecuencia.

Dado que el espectro de luz es continuo, existe luz en cualquier longitud de onda. Es decir, la luz no solo existe en el espectro visible para el ojo humano, sino que hay ondas que no percibimos como las ondas de radio (mayores longitudes de onda), las microondas (menores longitudes) o la radiación ultravioleta y gamma (menores longitudes).

Los objetos que vemos no emiten luz por sí mismos, sino que es necesario que interaccionen con la luz para verlos en determinados colores. Según las características de los átomos que las forman, la luz interactúa con ellos o no, ya que existe un número infinito de frecuencias.

La parte de la luz que no consigue interactuar con los átomos, es absorbida o reflejada. De los que son absorbidos, una parte sí interactúa. Este fenómeno de absorción, altera o excita los átomos, que al volver a su estado natural (al perder la excitación) emiten una luz que posee las mismas características de la luz que absorbieron. Pues bien, esta es la luz que perciben nuestros ojos al ver un objeto. Es decir, que los objetos emiten luz, pero solo cuando la reciben del exterior y a determinadas frecuencias. Por ejemplo, una fruta como la fresa absorbe a cualquier frecuencia, pero solo reemite la luz roja. Nosotros percibimos una remisión de la luz y no una reflexión.

La fuente de luz emitida en este caso, es el sol. El sol emite algunos tipos de luz, cuya combinación percibimos como una luz de color blanco. Esta luz emitida, pasa a través del espacio y aproximadamente ocho minutos después, llega hasta las capas de la atmósfera.

En la atmósfera existen diversas moléculas (que al igual que los átomos, también absorben y reemiten la luz). De todas estas moléculas, la principal es la molécula de nitrógeno. Esta molécula cuenta con la característica de recibir a determinada longitud de onda y reemitirla en otra dirección (fenómeno conocido como dispersión de Rayleigh), pero de forma distinta según sus longitudes de onda. Así, la luz azul (longitud de onda pequeña) es más dispersa que la roja (longitud de onda grande).

El proceso comienza con la entrada de los rayos de luz en la atmósfera. Estos rayos están compuestos de luz en varias longitudes de onda. Las longitudes que corresponden a rojo, amarillo y verde entran en la atmósfera, pero no se dispersan, sino que impactan contra la superficie o vuelven al espacio. Mientras que las longitudes azules se dispersan y son reflejadas por las partículas de la atmósfera, lo que aumenta su dispersión. Así, tiñen completamente el cielo de azul. En resumen, la luz azul permanece en el cielo, mientras que las demás pasan a través de la atmósfera.

Como puede verse en ocasiones, durante el atardecer es más fácil percibir en el cielo, ciertos tonos de color rojo. La razón hay que buscarla en la diferente posición del sol con respecto al día, lo que determina que los rayos incidan de forma más paralela contra la atmósfera , de manera que recorre mayor distancia y son más dispersados que durante otros momentos, por eso lo vemos.

Así, cunado hay muchas nubes o el cielo está contaminado no podemos percibir bien el color azul, pero cuando está despejado sí.

Este fenómeno solo está presente en aquellos planetas en los que existe una atmósfera (incluso depende de su composición). Por ejemplo, el planeta Marte cuenta con una atmósfera tan fina que la luz azul no puede dispersarse hacía el interior del planeta, por lo que se percibe una atmósfera de color rojo. Sin embargo, durante el amanecer en este planeta, si puede verse una atmósfera más azul, ya que el grosor de la atmósfera es mayor durante los atardeceres y, por tanto, permite una mayor dispersión de la luz azul.

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