¿Por qué el cielo es azul?

¿Por qué el cielo es azul?
Sergio A. Cellone
En un día soleado y despejado el cielo se ve azul, aunque generalmente de un azul más claro cerca del horizonte, mientras que el Sol es de un blanco amarillento enceguecedor. En el ocaso, el Sol suele verse rojo y no tan brillante, y el cielo del poniente también se ve rojizo. ¿A qué se debe todo esto? A continuación, una explicación breve.
Ondasde luz
La luz es una forma de energía que se transmite en ondas. A diferencia del sonido, que también viaja en forma de ondas pero que necesita de un medio material (aire, agua, sólidos) para transmitirse, la luz es una onda electro-magnética, que puede viajar en el vacío o en medios transparentes (como el aire y el agua). La luz del Sol está compuesta de infinidad de ondas dediferentes longitudes de onda. La longitud de onda es la distancia entre dos "crestas" sucesivas de una onda. Nuestros ojos pueden ver un cierto rango de longitudes de onda, que corresponden a distintos colores: desde el rojo (longitud de onda más larga), pasando por anaranjado, amarillo, verde y azul, al violeta (la longitud de onda más corta que podemos ver). Para tener una idea, al color verde corresponde unalongitud de onda de unas cinco diezmilésimas de milímetro.
La atmósfera terrestre
La atmósfera terrestre es una mezcla de moléculas gaseosas (78% nitrógeno, 21% oxígeno, 1% argón y vapor de agua, trazas de otros gases); hay también en suspensión partículas de polvo, cristales de hielo, cenizas, etc. La atmósfera es más densa cerca de la superficie terrestre.
La luz en la atmósfera
En el vacío, laluz viaja en línea recta y sin nada que la perturbe. Al penetrar en la atmósfera, la luz puede incidir sobre un grano de polvo o en una molécula. En cada uno de estos casos pasan cosas distintas: Los granos de polvo y las gotitas de agua son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda de la luz visible, por lo tanto actúan como "espejos" que reflejan la luz incidente en diferentes direcciones,sin cambiarle el color. La moléculas son más chicas que la longitud de onda de la luz visible. Cuando una onda luminosa choca con una molécula, ésta puede absorber la luz, y luego la emite en cualquier otra dirección. Este fenómeno se llama dispersión. Pero las moléculas son mucho más eficientes para dispersar la luz de longitud de onda corta (azul) que la luz de longitud de onda larga (rojo). Esteproceso fue estudiado por el físico Lord John Rayleigh hacia 1870, por eso se lo conoce como "dispersión Rayleigh".
El cielo azul
El color azul del cielo se debe a la dispersión Rayleigh. Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera para llegar hasta nosotros, la mayor parte de la luz roja, anaranjada y amarilla (longitudes de onda largas) pasa sin ser casi afectada. Sin embargo, buena parte dela luz de longitudes de onda más cortas es dispersada por las moléculas gaseosas del aire. A cualquier parte del cielo que miremos, estaremos viendo algo de esa luz dispersada, que es azul, y por eso el cielo es de ese color. En cambio, la luz que nos llega directamente del Sol perdió parte de su color azul, por eso el Sol se ve amarillento.
Al mirar hacia un punto más cercano al horizonte, elcielo se ve de un color azul más pálido. Esto se debe a que, para llegar hasta nosotros, la luz del cielo debe en este caso atravesar una mayor cantidad de aire, y por lo tanto vuelve a ser dispersada. La luz que nos llega del cielo cercano al horizonte habrá entonces perdido parte de su color azul y se verá pálida o blanquecina.

En el espacio
En órbita fuera de la atmósfera terrestre o desde laLuna, el Sol se ve blanco y el cielo negro. Al no haber moléculas que dispersen la luz, todas las longitudes de onda de la luz solar nos llegan por igual y el Sol se ve blanco. Y el cielo se ve negro porque no hay nada que disperse la luz.

El ocaso
A medida que el Sol está más cerca del horizonte, la luz debe atravesar una porción de atmósfera cada vez mayor para llegar a nosotros...