¿Por qué el cielo es azul?

Esta es una de esas preguntas que los niños suelen hacer cuando comienzan a explorar el mundo, y aunque la respuesta está en la física, también nos da una lección importante para el aprendizaje en casa. Como el fenómeno de la dispersión de Rayleigh, el homeschool nos muestra que cada familia, al igual que cada molécula en la atmósfera, tiene una manera única de absorber y dispersar el conocimiento. Si alguna vez te has preguntado si el homeschool es la opción adecuada para tu familia, este artículo es para ti. ¡Acompáñanos a explorar cómo esta alternativa educativa puede iluminar el camino del aprendizaje de tus hijos!

El cielo es azul debido a un fenómeno físico llamado dispersión de Rayleigh, que ocurre cuando la luz blanca del sol interactúa con las moléculas y partículas muy pequeñas en la atmósfera terrestre.

Los átomos reemiten las ondas luminosas que les llegan. Cuanto más diminuta sea la partícula, emitirá mayor cantidad de luz de mayor frecuencia. Se parece a la forma en que las campanas pequeñas suenan con notas más agudas que las campanas grandes. Las moléculas de nitrógeno y oxígeno que forman la mayoría de la atmósfera funcionan como diminutas campanas que “suenan” con frecuencias altas cuando las energiza la luz solar. Al igual que el sonido de las campanas, la luz reemitida sale en todas direcciones. Cuando la luz se reemite en todas direcciones se dice que se dispersa.

De las frecuencias visibles de la luz solar, el nitrógeno y el oxígeno de la atmósfera dispersan principalmente el violeta, seguido del azul, el verde, el amarillo, el naranja y el rojo, en ese orden. El rojo se dispersa solo la décima parte de lo que se dispersa el violeta y el violeta se dispersa más que la azul.

Entonces, si el violeta se dispersa más que el azul ¿por qué vemos el cielo azul y no violeta? La respuesta es que nuestros ojos no son muy sensibles a la luz violeta. En consecuencia, lo que predomina en nuestra visión es la luz azul dispersada y vemos un cielo azul.

Veamos un paso a paso para tener más claridad:

1. Primero, hay que tener en cuenta que la luz blanca del sol parece blanca, pero en realidad está compuesta por todos los colores del espectro visible (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta).
2. Dispersión de Rayleigh: Cuando la luz del sol entra en la atmósfera, choca con moléculas de oxígeno, nitrógeno y otras partículas. La dispersión de Rayleigh explica que las longitudes de onda más cortas (como el azul y el violeta) se dispersan mucho más que las longitudes de onda largas (como el rojo y el amarillo).
3. El azul domina: Aunque el violeta también se dispersa más que el azul, nuestros ojos son menos sensibles al violeta y la atmósfera filtra parte de él. Por eso, el cielo se ve predominantemente azul.

El azul celeste varía en los distintos lugares y bajo distintas condiciones. Un factor principal es el contenido de vapor de agua en la atmósfera. En los días claros y secos, el azul del cielo es mucho más profundo que en los días con mucha humedad. En países donde la atmósfera superior es excepcionalmente seca, como en Italia y en Grecia, los cielos son de un bello azul que ha inspirado a los pintores durante siglos.

Cuando la atmósfera contiene grandes cantidades de partículas de polvo o de otros materiales, que son más grandes que las moléculas de oxígeno y de nitrógeno, también dispersa fuertemente la luz de las frecuencias menores, que se suma a la azul y produce un cielo blanquecino. Después de una fuerte lluvia, cuando se han lavado las partículas, el cielo se vuelve de un azul más profundo.

La neblina grisácea del cielo sobre las grandes ciudades se debe principalmente a las partículas emitidas por los motores de los autos, camiones y fábricas. Aun en marcha mínima, un motor normal de auto emite más de 100 mil millones de partículas por segundo. La mayoría son invisibles, pero funcionan como centros diminutos en los cuales se adhieren otras partículas. Estos son los principales dispersores de la luz de menor frecuencia (rojo). Las partículas más grandes más bien absorben, y no reemiten la luz, y se produce una neblina café.

Otro ejemplo de dispersión se puede ver en las plumas de un azulejo que aparece en la siguiente imagen, en las cuales no hay pigmentos azules. En lugar de ello hay diminutas células en esas plumas, que dispersan la luz, principalmente la luz de alta frecuencia (azul). Así, un azulejo es azul por la misma razón por la que el cielo es azul: ¡por la dispersión!

En resumen, el cielo es azul porque las moléculas en la atmósfera dispersan preferentemente la luz azul del sol hacia todas las direcciones, haciendo que esa luz sea la que predomina en nuestra visión.

Espero haber aclarado por qué vemos el cielo azul. ¡Nos vemos en clase!

Información basada en: Hewitt, P. G. (2002). Conceptual physics. Pearson Educación.