¿Por qué el cielo es azul?

Se nos da sorprendentemente bien dar cosas por sentado. Sobre nosotros se extiende una masa misteriosa y descomunal, una sustancia casi intangible y azulada que, cuando atrapamos en pequeños espacios, se vuelve transparente.

¿No es eso fantasioso? ¿Podemos explicar esas propiedades? Podemos, claro, pero no ha sido sencillo y a la intuición se le escapan los motivos. No hay pigmentos mágicos en el aire y el que podemos encontrar dentro de una habitación es, a grandísimos rasgos, el mismo que se encuentra fuera.

La naturaleza de la luz del día

La clave, como no podía ser de otro modo, se esconde en la naturaleza de la luz. Para simplificar las cosas empezaremos diciendo que la luz puede entenderse parcialmente como una onda, prescindiremos de las complejidades adosadas a esta idea, que si también se comporta como una partícula, que si en realidad es la excitación de un campo cuántico, etc. Pues bien, en concreto nos interesan las ondas electromagnéticas que llamamos “luz visible” y que se definen por tener una longitud de onda concreta. Podemos imaginarlo como una franja que va cambiando de color de los rojos a los violetas.

Si imaginamos las ondas como olas del mar que suben y bajan, la longitud de onda sería la distancia entre dos de sus crestas. Cuando estas están más lejos la longitud de onda es mayor, la luz menos energética y vemos colores rojizos. A medida que la longitud de onda se reduce pasamos por los colores del arco iris poco a poco hasta llegar al violeta. Si seguimos reduciendo la longitud de onda llevamos a radiaciones invisibles como el ultravioleta y si la seguimos aumentando desde el rojo, aparece el infrarrojo. Sabiendo esto, es hora de hablar de la difracción Rayleigh.

La luz, que está dispersa

El siguiente punto clave es la composición de ese aire al que nos referimos, porque en él hay todo tipo de partículas en suspensión que se interponen en el camino de la luz y es entonces cuando pasan cosas. Porque, por ejemplo, sabemos que, en función de la relación entre el tamaño de la partícula y la longitud de onda del rayo de luz, este último cambiará su dirección o seguirá viajando en línea recta. Concretamente, la dispersión Rayleigh, que es la que nos ocupa, predomina cuando el tamaño de la partícula es mayor que la longitud de onda. Eso significa que las longitudes de onda más cortas, como la del color azul, encontrarán más partículas lo suficientemente grandes como para desviar su trayectoria. Dicho de otro modo: de todos los colores que componen la luz aparentemente blanca del sol, el azul se dispersa más a medida que cruza la atmósfera.

Ahora imaginemos la situación. Visualicemos que somos un rayo de sol que va de él hasta nuestros ojos en línea recta. En mi camino perderé algo de luz al chocar con partículas, pero sobre todo perderé azul. De ahí el color anaranjado del sol, donde predomina el amarillo y el rojo. Ahora piensa en todos esos rayos que no viajan directos a tus ojos, sino que cruzan el cielo, chocan con partículas y su luz cambia de dirección, dispersándose sobre todo la luz azul. Eso significa que, si miramos a un punto cualquiera del cielo donde sea geométricamente imposible que la luz del sol nos llegue en línea recta, lo que estaremos viendo es, en realidad, luz que iba con una trayectoria concreta y que se ha dispersado, rebotando casualmente hacia nuestros ojos. Y, como la luz que más se dispersa en estas condiciones es la azul (con gran diferencia), lo que vemos es un cielo azulado.

Esa es la explicación. Simplificada, claro, pero que nos permite comprender por qué vemos el cielo azul, pero solo cuando la luz puede recorrer una cantidad suficientemente grande de aire, algo que ocurre en el exterior, pero no en una pequeña habitación, o en distancias cortas.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Cuando el sol está en el horizonte, en cambio, vemos el cielo rojizo porque al tener que recorrer más atmósfera, la dispersión se multiplica y los tonos azules se acaban perdiendo, primando los amarillos y rojizos.

REFERENCIAS (MLA):

• Lilienfeld, Pedro. “A Blue Sky History”. Optics And Photonics News, vol 15, no. 6, 2004, p. 32. The Optical Society, https://doi.org/10.1364/opn.15.6.000032. Accessed 27 July 2022.