¿Por qué el cielo no es violeta?

En los libros de divulgación científica una pregunta habitual suele ser por qué el cielo es azul. Es una pregunta perfecta. Es inocente, todos sabemos a qué se refiere, y plantea explicaciones interesantes sobre la física y el comportamiento de la luz.

Pero a veces, el mundo no es tan sencillo, y un fenómeno puede tener varias capas de explicación. En un atisbo de simplificar, la explicación tradicional del cielo azul tiene un error, y para resolverlo tendremos que alejarnos del terreno de la física y visitar otros campos como la neurociencia.

El azul que no sabía esquivar

La explicación clásica del azul del cielo involucra un fenómeno físico conocido como dispersión de Rayleight. Este sucede cuando la luz visible viaja a través de solidos, líquidos y gases, como por ejemplo, nuestra atmosfera.

La luz que emite el sol es de color blanco, pero realmente está compuesta por una mezcla de otros colores, que son precisamente aquellos que vemos en el arco iris. Este hecho solo es visible cuando el haz de luz pasa por ciertos materiales transparentes, como el agua y algunos cristales o prismas.

La dispersión de Rayleight describe la separación de la luz. Cuando las ondas electromagnéticas que forman la luz atraviesan un material, pueden interaccionar con los átomos que se cruzan y desvían su trayectoria. Es como si intentamos atravesar una multitud de personas en línea recta y poco a poco nos desviamos al ir esquivando uno a uno.

Aquí cobra importancia la forma de la onda electromagnética. Aquellas incluidas en la luz visible pueden ser de diferentes longitudes, y son interpretadas por nuestros ojos como diferentes colores. Las ondas más cortas y breves se ven de color azul, en cambio, las más amplias y largas se verán de color rojo. En medio, está el color verde, y el resto de colores tendrán una longitud intermedia.

Según la longitud de onda, la luz se dispersa más o menos al atravesar el material. Las ondas breves que vemos de color azul interaccionan más con los átomos, y acaban mucho más alejadas de la trayectoria original. En cambio, las ondas de color rojo, mucho más amplias, pueden esquivar los átomos más fácilmente y pasar entre átomos sin cambiar casi de trayectoria.

Respecto al cielo azul, la luz blanca del sol atraviesa nuestra atmosfera y se dispersa poco a poco a medida que lo hace. De este modo, las ondas electromagnéticas breves que traducimos como color azul se dispersan en todas direcciones, y eclipsando al resto de ondas, mucho más concentradas. Estas últimas solo son visibles cuando empieza a haber poco sol y aumenta nuestra distancia con este, es decir, en anocheceres y amaneceres. Por eso se ven de color rojo.

Pero espera, esta es la explicación que viene en la mayoría de libros de texto y de divulgación pero hay algo raro en ella… Si miramos el arco iris, veremos qué aunque está el color azul en la mezcla de luz blanca del Sol, hay otros haces con una onda aún más breve de color morado y violeta. Estos colores deberían dispersarse muchísimo más que el azul, por lo tanto, el cielo debería verse morado. ¿Por qué no lo hace?

El violeta invisible

La dispersión de Rayleight no miente, y si ponemos un sensor apuntando al cielo para recoger las ondas electromagnéticas que llegan, comprobaremos sorprendidos que la onda predominante es aquella que deberíamos ver de color violeta, no la del color azul. Y sin embargo, no lo vemos. El motivo no está en la física ni en el comportamiento de la luz, sino en nuestros ojos y nuestra percepción del color.

Nuestras retinas interpretan la información del color a través de los conos, unas células especiales que son sensibles a ciertas longitudes de onda electromagnética. Cuando se activan, emiten un impulso nervioso que viaja al cerebro, y nos aporta información sobre el color de lo que vemos.

Existen diferentes tipos de conos, según a qué longitudes de onda son sensibles. Los seres humanos tenemos tres tipos de conos: uno sensible a la luz roja, otro a la azul y otro al verde. Eso es lo único que recibimos de información relativa al color, y todos los colores que veamos serán interpretaciones libres de la activación de estos tres.

Para lograrlo, los conos no solo se activan ante un color determinado, sino que pueden activarse en menor intensidad ante otros colores de longitud de onda parecida. Por ese motivo, si vemos un color no primario, como el naranja, lo que recibirá nuestro cerebro son combinaciones de intensidad entre los tres conos, que le permitirá traducir e interpretar este color.

En este sentido, el violeta es un color especial. No tenemos conos para el violeta, y este solo es recibido de manera débil por los conos sensibles al color azul. Si nuestro cerebro recibe una leve activación de los conos para el azul, acaba interpretándolo como violeta.

Y aquí la solución al dilema. Si miramos al cielo, realmente estamos recogiendo ondas electromagnéticas asociadas al violeta y al azul, pero ambas usan el mismo cono para ser interpretadas. El cono sensible al azul se activa mucho, y la activación débil para el violeta queda anulada. El cielo acaba siendo azul, con un violeta invisible a nuestros ojos.

Sin el violeta, sólo nos queda otro acompañante invisible que tendremos que controlar: el ultravioleta, que es invisible a nuestros ojos pero no a nuestra piel, y al dispersarse puede provocar cáncer de piel. Y es que el cielo tiene mucho más de lo que podemos ver.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Hay animales que ven en colores diferentes a nosotros, como el infrarrojo o el ultravioleta. Eso es porque en su retina tienen otros conos diferentes sensibles a esas ondas terminadas. Un caso extremo es la mantis marina, que tiene 12 tipos de conos diferentes.
• La luz blanca sigue incidiendo en nosotros a pesar de dispersarse en parte por el cielo. Una de las pruebas más evidentes son las nubes, que se observan blancas u opacas si tienen gotas de agua en su interior.

REFERENCIAS:

• Pradhan, Rajat Kumar. “Does Rayleigh Scattering Explain the Blueness of Sky ?” Science Horizon, 2015, pp. 28–31.