La belleza del cielo no es más que el resultado de la
interacción de la LUZ del Sol con la atmósfera. Una cantidad de
humedad, relativamente pequeña, acompañada de partículas de polvo y de
ceniza es suficiente para provocar en el cielo las múltiples
manifestaciones de color.
Cuando se dan condiciones atmosféricas especiales, pueden aparecer
fenómenos atmosféricos cromáticos como son el Arco Iris, los Círculos
de Ulloa, las Coronas solares y lunares, los Halos, Falsos Soles y
Falsas Lunas y otros más "raros" (Espejismos, el Rayo Verde, la Luz
Sagrada, Auroras Polares, Fuegos de San Telmo...), que son fenómenos
ópticos completamente explicables. Aquí nos ocuparemos sólo del
fenómeno óptico más común que es el color del cielo, en sus variadas
posibles manifestaciones.
El secreto del color azul del cielo esta relacionado con la
composición de la luz solar -integrada por los distintos colores del
arco iris- y con la humedad de la atmósfera. (El Sol es quien se
encarga de procurar al aire su humedad. Con su calor, hace que parte
del agua de la superficie terrestre se evapore. En corriente invisible
pero incesante, la humedad se dirige hacia el cielo desde los océanos,
mares, lagos y ríos; desde el suelo, las plantas y los cuerpos de los
animales y del hombre).
Para explicar el color azul del cielo, imaginemos que dejamos pasar
un rayo de sol por un prisma de vidrio. La luz se abre en un abanico
de colores (se dispersa) por refracción y como resultado de esta
dispersión vemos una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo y
rojo. El rayo violeta es el que se ha separado mas de la dirección del
rayo blanco y ahí esta precisamente la explicación del color del
cielo. La desviación es máxima para los rayos de longitud de onda
corta (violeta y azul), y mínima para los de longitud de onda larga
(amarillos y rojos), que casi no son desviados. Los rayos violetas y
azules, una vez desviados, chocan con otras partículas de aire y
nuevamente varían su trayectoria, y así sucesivamente: realizan, pues,
una danza en zigzag en el seno del aire antes de alcanzar el suelo
terrestre. Cuando, al fin, llegan a nuestros ojos, no parecen venir
directamente del Sol, sino que nos llegan de todas las regiones del
cielo, como en forma de fina lluvia. De ahí que el cielo nos parezca
azul, mientras el Sol aparece de color amarillo, pues los rayos
amarillos y rojos son poco desviados y van casi directamente en línea
recta desde el Sol hasta nuestros ojos.
Si profundizamos un poco más, la explicación es más
compleja. La luz es una onda electromagnética y las piezas
fundamentales de la materia en su estado más frecuente en la Tierra,
son los átomos. Si las partículas existentes en la atmósfera, tienen
un tamaño igual o inferior al de la longitud de onda de la luz
incidente (átomos aislados o pequeñas moléculas), la onda cede parte
de su energía a la corteza atómica que comienza a oscilar, de manera
que un primer efecto de la interacción de la luz con las partículas
pequeñas del aire es que la radiación incidente se debilita al ceder
parte de su energía, lo que le sucede a la luz del Sol cuando
atraviesa la atmósfera. Evidentemente esta energía no se queda
almacenada en el aire, pues cualquier átomo o partícula pequeña cuya
corteza se agita, acaba radiando toda su energía en forma de onda
electromagnética al entorno en cualquier dirección. El proceso
completo de cesión y remisión de energía por partículas de tamaño
atómico se denomina difusión de RAYLEIGH (en honor del
físico inglés Lord Rayleigh que fue el primero en darle explicación)
siendo la intensidad de la luz difundida inversamente proporcional a
la cuarta potencia de la longitud de onda. La difusión será mayor por
tanto, para las ondas más cortas: Como consecuencia de ello, llegamos
a la misma conclusión, la luz violeta es la más difundida y la menos,
la roja. El resultado neto es que parte de la luz que nos llega desde
el Sol en línea recta, al alcanzar la atmósfera se difunde en
todas direcciones y llena todo el cielo.
El color del cielo, debería ser violeta por ser ésta la longitud de
onda más corta, pero no lo es, por dos razones fundamentalmente:
porque la luz solar contiene más luz azul que violeta y porque el ojo
humano (que en definitiva es el que capta las imágenes -aunque el
cerebro las interprete-), es más sensible a la luz azul que a la
violeta.
El color azul del cielo se debe por tanto a la mayor difusión de
las ondas cortas. El color del sol es amarillo-rojizo y no blanco,
porque si a la luz blanca procedente del Sol -que es suma de todos los
colores- se le quita el color azul, se obtiene una luz de color
amarillo-roja.
La difusión producida por los gases es muy débil, sin embargo,
cuando el espesor de gas es muy grande, como sucede en la atmósfera,
fácilmente se puede observar la luz difundida.
El hecho de que la difusión sea mayor para las ondas más cortas, es
la base de la utilización de los faros antiniebla.
Independientemente de todas las posibilidades que se puedan
presentar, puede afirmarse que, cuanto mayor sea el numero de
partículas que enturbian el aire, tanto peores serán las condiciones
de visibilidad a través de dicho aire.
Si la niebla es "seca", debido a la presencia de humo, polvo o
gotitas de agua muy pequeñas, la luz amarilla - que parte de los faros
antiniebla- apenas pierde intensidad a causa de la interposición de
esta niebla, de manera que resulta visible a través de ella. Si la
niebla es "húmeda", los mejores faros contra ella fracasan casi del
todo, ya que la niebla húmeda esta formada por gotas grandes que
dispersan, casi por igual, todos los colores de la luz blanca. El
mismo Sol, visto a través de esta niebla de gotas grandes, aparece
desdibujado y de color blanco lechoso, mientras que observado cuando
la niebla se debe a polvo fino tiene el aspecto de disco rojo, como
ocurre a menudo al ponerse el astro.
Si la luz interactúa con una partícula grande, no funciona el
mecanismo de Rayleigh, ocurre un proceso mucho más sencillo: la
partícula simplemente absorbe parte de la luz y la otra parte la
refleja. Cada partícula se comporta como un espejo pequeñito que
reflejará más o menos luz según su composición química y que alterará
el color de la luz reflejada si la partícula está formada por
sustancias coloreadas. Si la luz se encuentra con una distribución de
partículas grandes, parte de la luz se esparce y, además, puede
cambiar de color. Este proceso se conoce como difusión de Mie,
y el ejemplo más sencillo lo tenemos en las nubes, donde las gotas de
agua incoloras, esparcen la luz en todas las direcciones pero sin
alterar su color. ( El cielo del planeta Marte es otro ejemplo de
difusión de Mie, provocado por partículas coloreadas de tamaño grande,
por eso no es azul, porque el tamaño de las partículas no permite la
difusión de Rayleigh).
Cuando la difusión de Mie actúa de forma masiva, si las partículas
difusoras no son coloreadas, el resultado es la atenuación de la luz
blanca hacia grises cada vez más oscuros. Esta es la causa de que en
los días muy nublados, cuando las nubes son muy gruesas, el cielo
aparezca mas o menos gris, y a veces casi negro.
Las salidas y puestas de sol nos brindan a diario hermosos
espectáculos, los mas bellos que el aire puede ofrecer a nuestros
ojos.
Si el horizonte es amplio, (como sucede
en la ciudad de Badajoz), los efectos se multiplican y el espectáculo
es todo un poema.
Al atardecer, el camino que la luz
solar recorre dentro de la atmósfera es mas largo, los rebotes
sucesivos en unas partículas y otras hacen crecer la probabilidad de
que la luz acabe chocando con una partícula absorbente y desaparezca,
de manera que incluso la parte amarilla es afectada y difundida y solo
los rayos rojos, los más direccionales, siguen un camino casi
rectilíneo. De ahí el color rojo del sol poniente.
Los colores que nos ofrece el cielo en
estos casos, se originan también gracias a la intervención de las
moléculas existentes en el aire y de las partículas que éste tiene en
suspensión "el aerosol atmosférico", que dispersan y desdoblan
la luz solar de múltiples modos.
Ya antes de que el Sol se hunda en el
horizonte, vemos cómo el colorido del cielo se vuelve más intenso, mas
saturado. Mientras la luz que aparece en los alrededores del disco
solar vira hacia el amarillo-rojizo y en el horizonte resulta
verde-amarillenta, el azul del cielo se vuelve más intenso en el
cenit.
Cuando el Sol se halla a una distancia
angular del horizonte de 1 ó 2°, la luz crepuscular derrama sobre el
borde del cielo su mágica luminosidad. Poco a poco, el resplandor
amarillo se transforma en una luz rojo-anaranjada, y, finalmente, en
una luminosidad centelleante color fuego, que, algunas veces, llega a
presentar el rojo color de la sangre. Cuando ya el astro diurno ha
desaparecido bajo el horizonte, se observa en el oeste del cielo un
resplandor purpúreo, que alcanza su máxima intensidad cuando el Sol ha
descendido unos 5° por debajo del horizonte. Encima del lugar en donde
se ha puesto el Sol, separado del horizonte por una estrecha franja
rojo-parda, suele verse un semicírculo cuyo color varia entre el
púrpura y el rosa. Esta coloración se debe en esencia a la refracción
de la luz solar en las partículas que enturbian el aire situado entre
los 10 y los 20 km. de altura, y desaparece cuando ya el Sol ha
llegado a los 7 ° por debajo del horizonte.
Cuando existe una cantidad anormalmente
elevada de aerosoles (polvo atmosférico), la luz del amanecer y del
atardecer es especialmente roja. Sucede generalmente cuando existen
presiones atmosféricas elevadas (anticiclón) ya que la concentración
de partículas de polvo en el aire es mayor a altas presiones. Los
colores rojos intensísimos que solemos contemplar aquí en
Extremadura, por el mes de octubre y en algunas ocasiones esporádicas,
pueden ser debidos al aumento de aerosoles por la quema de los
barbechos de las cosechas.
Si la tierra no tuviera atmósfera, la
luz solar alcanzaría nuestros ojos directamente desde el disco solar y
no recibiríamos luz difundida y el cielo aparecería tan negro como por
la noche (los astronautas pueden observar durante el día las
estrellas, la luna y los planetas debido a que están fuera de la
atmósfera).
En casos excepcionales pueden aparecer
coloraciones especiales debido a la contribución de los volcanes en
actividad. Cuando se produjo la erupción del volcán Krakatoa (26 y 27
de agosto de 1883, -36000 muertos por la erupción-) se presenció en la
Tierra un notable ejemplo de ello. La erupción lanzó a los aires un
volumen de masas rocosas de la pequeña Isla de Krakatoa (situada en el
Estrecho de la Sonda, entre Sumatra y Java) que se estima en unos 18
km3. Trozos de roca del tamaño de una cabeza humana
salieron despedidos hacia lo alto con velocidades iniciales de 600 a
1000 m/s, y el estruendo de la explosión se dejó oír en Rodríguez
(Isla de Madagascar) a 4774 kilómetros de distancia. El cielo
permaneció oscuro durante varios días. Las partículas mas finas de
ceniza volcánica expulsadas por el volcán se esparcieron hasta los 80
km de altura, fueron arrastradas por las corrientes atmosféricas
elevadas y dieron la vuelta a la Tierra por dos veces. Se produjeron
en el aire fantásticos fenómenos cromáticos que continuaban aun meses
después del cataclismo; entre otros, se observaron asombrosas
coloraciones durante las salidas y puestas de sol y se vieron soles de
todos los colores, entre ellos rojo-cobre y verde. También se vieron
soles de color azul, como pueden asimismo verse en raras ocasiones en
Europa, cuando en el Canadá, por ejemplo, se produce un gran incendio
forestal y los vientos del Oeste arrastran hasta nuestro Continente
partículas de ceniza finísimas.
Debido a que al atardecer, el camino
que la luz solar recorre dentro de la atmósfera es mas largo, como
hemos indicado anteriormente, es por lo que el Sol se ve más achatado
y ancho pues el efecto de refracción a través de la atmósfera es muy
grande.
Por último, el color negro de la noche,
es debido a que a la atmósfera que rodea al observador, apenas llega
luz y por tanto no se puede dar suficiente difusión.