Si miras al cielo, dependiendo de la hora del día, cambia de color. En las primeras horas de la mañana y en el crepúsculo de la tarde, tiene tonos de naranja, rosa y rojo. Sin embargo, durante buena parte de la luz diurna normal, el cielo tiende a ser de diferentes tonos de azul claro. Y, cuando la luz del sol es realmente fuerte, casi no parece azul en absoluto, tal vez incluso blanco con el resplandor.
Aparte de la contaminación del aire moderna, que crea una suave neblina gris, el cielo ha tenido prácticamente el mismo espectro de colores durante siglos. Solo la tormenta ocasional o un volcán ha tenido un efecto dramático en regiones específicas.
Entonces, ¿exactamente qué hace que el cielo sea azul si el aire de cerca no tiene sustancia, color, textura o sombra? Gran parte de la respuesta depende de cómo las moléculas de aire capturen la luz y la distribuyan.
La luz del sol golpea la tierra primero como brillo. En esa luz hay un espectro completo de colores del arco iris. Esto fue probado por experimentos tempranos como los creados por Isaac Newton y similares. Usando un prisma, pudieron demostrar que la luz clara básica en realidad se podía cambiar a un arcoíris de colores si la luz golpeaba el prisma de la manera correcta y luego se doblaba al pasar al otro lado.
Para nuestros ojos humanos, la luz que pasa a través de las moléculas de aire tiene un efecto similar. Las moléculas de aire captan la luz y la dispersan de modo que se ven ciertos colores en ciertos momentos, dependiendo del ángulo de llegada de la luz y la posición de las moléculas de aire.
Durante la mayor parte del día, la luz azul se dispersa, mientras que la luz roja pasa de forma bastante sencilla. Temprano en la mañana y en la tarde, sin embargo, es la luz roja y naranja la que se ve porque la luz azul se refleja y se aleja de nuestro camino visual en el suelo.
Hay una luz que existe y luego la luz que vemos
El primer factor es la velocidad de la luz. Desde una perspectiva física, la diferencia de color se produce en función de la rapidez con la que viaja la energía de la luz. Cada color dentro de la combinación de luz blanca tiene una longitud de onda diferente en términos de su comportamiento de viaje. Las longitudes de onda más lentas y más rápidas producen diferentes colores.
Lo que vemos con nuestros ojos humanos no es todo el espectro electromagnético que existe, sino una parte que se encuentra entre 720 nm y aproximadamente 380 nm. Nuestros ojos ven estos colores debido a los receptores dentro de la estructura del ojo humano y cómo interpreta los colores a medida que la luz pasa a través de nuestro rango de visión.
¿Significa esto que un caballo o un perro ven los colores de manera diferente a los humanos? Absolutamente. De hecho, debido al diseño de los ojos en diferentes especies, nosotros, como humanos, podemos ver una mayor variedad de diferencias de longitud de onda que algunos animales que solo ven diferenciación de calor y movimiento en comparación con un espectro de arco iris completo. Sin embargo, algunos animales pueden ver más colores que los humanos.
También es nuestra culpa
El segundo factor que influye proviene de nosotros como espectadores. Nuestra percepción del color está muy influenciada por nuestros propios ojos, pero la longitud de onda de la luz siempre está presente, la veamos o no.
Para aquellos que son daltónicos, por ejemplo, sus ojos ven algunos colores pero no otros porque sus receptores funcionan de manera diferente al ojo humano promedio. Si bien es muy posible que vean un cielo azul arriba, es posible que no vean verde o rojo en el suelo. La razón, nuevamente, tiene que ver con cómo sus ojos individuales perciben la luz y luego la traducen al cerebro.
Hay otro factor involucrado
El tercer elemento en el color del cielo tiene que ver específicamente con las propias moléculas de aire. Como se discutió anteriormente, la luz ya es una combinación de la energía de la luz que viaja en ciertas longitudes de onda y cómo nuestros ojos interpretan lo que vemos con los receptores. Las moléculas de aire influyen aún más en las cosas al dispersar la luz en ciertas concentraciones.
El efecto de dispersión fue definido por primera vez por John Tyndall a mediados del siglo XIX. Apodado el efecto Tyndall, el proceso se refiere a cómo las moléculas de aire permiten que pasen algunos tipos de luz mientras reflejan o desvían otros aspectos de la luz. Al hacerlo, las moléculas de aire impactan en el tipo de luz que llega al suelo donde el espectador se para y mira hacia arriba.
El trabajo de John Tyndalls fue refinado por Lord Rayleigh algunos años después del hecho, por lo que el proceso también se conoce como Dispersión de Rayleigh, dependiendo de a quién la gente quiera dar crédito.
No es la humedad del aire lo que desencadena la coloración azul que percibimos. Si bien las moléculas de aire definitivamente impactan la refracción de la luz, y nuestros ojos reciben el efecto en el suelo dependiendo de dónde nos ubiquemos, la humedad en el aire no es una cuarta influencia que produzca vistas azuladas.
En cambio, Albert Einstein concluyó una década después del siglo XX que en realidad era la naturaleza electromagnética de la luz lo que causaba una reacción en las moléculas de aire que golpeaba, lo que a su vez hacía que reflejaran la luz de tal manera que vemos azul desde el suelo mirando levantado durante el mediodía.
En primer lugar, la atmósfera superior hace un trabajo muy serio en la protección de la tierra. Como resultado, una buena cantidad de luz no se abre paso. Por ejemplo, si estuvieras en el espacio, el sol sería una fuente resplandeciente de luz blanca, sin ser filtrada por nada cuando se mira directamente. Sin embargo, cuando la luz del sol incide en la atmósfera, el espectro de luz que compone el violeta tiende a desmoronarse y no pasar muy bien. En el momento en que la luz llega a la superficie, donde estamos, nuestros propios ojos no prefieren el violeta en absoluto.
De hecho, el ojo humano tiende a preferir el rojo, el verde y el azul, viendo diferentes colores como una mezcla de esos tres colores primarios. Los receptores envían una traducción al cerebro cuando ven el color que prefieren de los tres y nos dicen que el cielo es azul o rojo.
Si bien esto parece que los receptores oculares son un grupo quisquilloso, en realidad se debe a que están diseñados para ser sensibles a ciertos colores. Los conos receptores verde y rojo, por ejemplo, captan amarillo y verde. Los conos azules captan claramente las longitudes de onda que producen el azul. Los conos receptores azules y rojos de nuestros ojos recogen el ligero resto violeta que sale, lo que en el crepúsculo da los tonos púrpura y rojizo que de otro modo se verían abrumados durante la parte normal del día.
Explicando el rico color de las puestas de sol
No hay duda de que cuando estás mirando la puesta de sol, o el amanecer temprano, estás mirando a través de una mayor parte de la atmósfera que en cualquier otro momento del día cuando ves la luz. Se produce una cantidad significativa de materia y moléculas entre la fuente de luz y el espectador, y esa masa produce una cantidad mucho mayor de dispersión de luz que la que se produce en cualquier otra parte del día.
Agregue el hecho de que el aire moderno tiene una cantidad mucho mayor de contaminación que nunca, y los tonos rojizos de la puesta del sol se vuelven pronunciados y mucho más grandes de lo que eran hace quizás 200 años antes de que ocurriera la industrialización.
Esto varía hasta cierto punto, dependiendo de dónde se encuentre. En el océano, la sal en el aire de la agitación del agua de mar creará más naranja que rojo intenso. Sin embargo, en ambos casos, el azul prácticamente se destruye por la gran cantidad de moléculas y materia en el aire que debe atravesar en el ángulo de la puesta o la salida del sol.
Sin embargo, una vez que el ángulo de visión aumenta, las partículas azules aumentan y comienzan a tomar el control, ya que son mucho más fuertes en ese punto. El rojo y el violeta se dispersan y disminuyen en número, prácticamente desapareciendo de nuestros receptores oculares.
¿Cómo será el cielo en el futuro?
Mucho depende del nivel de contaminación que se termine produciendo en las próximas décadas. La parte alta del día sin condiciones meteorológicas perturbadoras probablemente seguirá siendo azul, suponiendo que pueda ver a través de la neblina de menor contaminación que podría producirse.
Este no es un escenario de película de Hollywood. Londres, a principios del siglo XX, sufrió una fuerte niebla tóxica debido a la contaminación, y China en los últimos años ha tenido semanas seguidas de una niebla tóxica intensa que también oscureció el cielo. Sin un gran esfuerzo para mantener esa contaminación fuera del aire, la probabilidad de ver cielos azules desde una ubicación urbana seguirá disminuyendo.
Por otro lado, la misma contaminación contribuirá significativamente a los cielos muy rojizos durante la puesta del sol y las primeras horas de la mañana. Con tanto material en el cielo, las áreas urbanas se bañarán en colores anaranjados y rojizos intensos durante una breve parte del día antes de volver al smog que asfixia el cielo, tan común en las áreas contaminadas. Una vez más, este futuro no se imagina; sucede internacionalmente en lugares donde la filtración y la regulación del aire son inexistentes o deficientes.
Por supuesto, nada de lo anterior puede importar mucho si nosotros o nuestros descendientes tenemos que usar máscaras para respirar. El color del cielo puede ser una idea de último momento, ya que las personas pasan más tiempo tratando de encontrar aire fresco para respirar o se vuelven totalmente dependientes de la filtración de aire. Con suerte, las cosas no saldrán tan mal, pero la sola idea te hace apreciar más los hermosos colores del cielo.
¿Por qué no vemos el aire?
Entonces, ¿por qué el aire es invisible? Dado que nuestros ojos solo pueden ver dentro de un rango muy estrecho en el espectro de color, cualquier cosa que podamos ver debe reflejar luz que se ajuste a ese rango. Para el aire, resulta que los colores que son capaces de reflejarse no se encuentran en ese rango visible.
¿El aire es transparente o invisible?
El aire no es visible porque es un medio transparente. A partir de la definición de medio transparente, su reflectancia y emitancia es cero, por lo que transmite toda la luz.
¿Por qué el aire es invisible y el sol es visible?
El aire es una mezcla de gases, principalmente nitrógeno y oxígeno, con pequeñas moléculas que están muy separadas. Las longitudes de onda de la luz pueden pasar por estas moléculas sin golpearlas.
¿Se puede ver el aire?
El aire está a nuestro alrededor, pero no podemos verlo. Entonces, ¿qué es el aire, exactamente? Es una mezcla de diferentes gases. El aire en la atmósfera de la Tierra se compone de aproximadamente un 78 por ciento de nitrógeno y un 21 por ciento de oxígeno.