En un día claro y soleado, el cielo encima de nosotros se ve de color azul brillante. Por la noche, con la puesta de sol aparece un brillante espectáculo de colores rojos, rosas y naranjas. ¿Por qué el cielo es azul? ¿Por qué la puesta de sol es de colores rojizos?
Respuesta corta
La luz es un tipo de energía que puede viajar a través del espacio. La luz del sol o un foco de luz se ve blanco, pero en realidad es una mezcla de muchos colores. Los colores de la luz blanca son de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. Podemos ver estos colores en un arco iris en el cielo.
El cielo contiene aire. El aire es una mezcla de moléculas de gas pequeñas y pequeños trozos de material sólido, como el polvo.
Cuando la luz del sol pasa por el aire choca las moléculas y el polvo. Cuando la luz llega a una molécula de gas, puede rebotar en una dirección diferente. Algunos colores de la luz, como el rojo y naranja, pasan directamente a través del aire. Pero la mayor parte de la luz azul rebota en todas direcciones. De esta manera, la luz azul se dispersa por todo el cielo.
Cuando miramos para arriba, parte de esta luz azul llega a nuestros ojos desde todo el cielo. Como vemos la luz azul de todas las partes del cielo, el cielo se ve azul.
En el espacio no hay aire. La luz no tiene nada contra lo que rebotar, entonces nada de la luz se dispersa, y el “cielo” se ve oscuro y negro.
Respuesta larga
Para responder a estas preguntas, tenemos que aprender algo sobre la luz y la atmósfera de la Tierra.
LA ATMÓSFERA
La atmósfera es una mezcla de moléculas de gas y otros materiales que rodean la tierra. Está compuesta principalmente de los gases nitrógeno (78%) y oxígeno (21%), de gas argón y de agua (en forma de vapor, gotas y cristales de hielo). También hay pequeñas cantidades de otros gases, además de muchas pequeñas partículas sólidas, como polvo, hollín y cenizas, polen, y la sal de los océanos.
La composición de la atmósfera varía, dependiendo de su ubicación, el clima, y muchas otras cosas. Puede haber más agua en el aire después de una tormenta, o cerca de la costa. Los volcanes pueden elevar grandes cantidades de partículas de polvo en la atmósfera. La contaminación puede añadir diferentes gases, polvo y hollín.
La atmósfera es más densa (más gruesa) en la parte inferior, cerca de la Tierra. Poco a poco se diluye a medida que subimos más y más arriba. No hay una ruptura tajante entre la atmósfera y el espacio.
ONDAS DE LUZ
La luz es un tipo de energía que irradia, o viaja en ondas. Muchos diferentes tipos de viajes de energía viajan en forma de ondas. Por ejemplo, el sonido es una onda causada por la vibración del aire. La luz es una onda vibratoria de campos eléctricos y magnéticos. Es una pequeña parte de una gama más amplia de campos electromagnéticos vibratorios. Esta gama se denomina el espectro electromagnético.
Las ondas electromagnéticas viajan por el espacio a 299.792 kilometros por segundo (186,282 millas / seg). Esto se conoce como la velocidad de la luz.
La energía de la radiación depende de su longitud de onda y frecuencia. Longitud de onda es la distancia entre la parte superior (crestas) de las olas. La frecuencia es el número de ondas que pasan cada segundo. Cuanto más larga sea la longitud de onda de la luz, menor es la frecuencia, y contiene menos energía.
COLORES DE LA LUZ
La luz visible es la parte del espectro electromagnético que pueden ver nuestros ojos. La luz del sol o un foco de luz puede parecer blanco, pero en realidad es una combinación de muchos colores. Podemos ver los diferentes colores del espectro mediante el fraccionamiento de la luz con un prisma. El espectro también es visible cuando se ve un arco iris en el cielo.
Los colores se mezclan continuamente entre sí. En un extremo del espectro están los rojos y naranjas. Estos cambian poco a poco en amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Los colores tienen diferentes longitudes de onda, frecuencias y energías. El violeta tiene la menor longitud de onda del espectro visible. Eso significa que tiene la frecuencia más alta y más energía. El rojo tiene la mayor longitud de onda y frecuencia más baja y energía.
LUZ EN EL AIRE
La luz viaja a través del espacio en línea recta, siempre y cuando nada lo perturbe. Como la luz se mueve a través de la atmósfera, continúa recto hasta que se topa con un poco de polvo o una molécula de gas. Entonces, lo que pasa con la luz depende de su longitud de onda y el tamaño de con lo que choque.
Las partículas de polvo y gotitas de agua son mucho mayores que la longitud de onda de la luz visible. Cuando la luz llega a estas partículas grandes, se refleja o rebota en diferentes direcciones. Los diferentes colores de luz son reflejados por las partículas de la misma manera. La luz reflejada aparece de color blanco, ya que aún contiene todos los colores.
Las moléculas de gas son más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible. Si la luz choca con ellos, actúa de forma diferente. Cuando la luz llega a una molécula de gas, parte puede ser absorbida. Después de un tiempo, la molécula irradia (se libera o desprende) la luz en una dirección diferente. El color que irradia es del mismo color que fue absorbida. Los diferentes colores de la luz se ven afectados de manera diferente. Todos los colores pueden ser absorbidos. Sin embargo, las frecuencias más altas (azules) se absorben con más frecuencia que las frecuencias más bajas (los rojos). Este proceso se llama dispersión de Rayleigh. (Es el nombre de Lord John Rayleigh, un físico de Inglés, que describió el tema por primera vez en la década de 1870.)
¿Por qué el cielo es azul?
El color azul del cielo se debe a la dispersión de Rayleigh. Como la luz se mueve a través de la atmósfera, la mayoría de las longitudes de onda más largas pasan a través directamente. Algo de la luz roja, naranja y amarilla se ve afectada por el aire.
Sin embargo, gran parte de la longitud de onda más corta de la luz es absorbida por las moléculas de gas. La luz azul es absorbida y luego radiada en direcciones diferentes. Que se dispersa por todo el cielo. Sea cual sea la dirección a la que mires, llega algo de esta luz azul dispersada. Dado que ves la luz azul de todas partes del cielo, el cielo se ve azul.
Según vamos mirando más cerca del horizonte, el cielo parece mucho más pálido. Para llegar a ti, la luz azul dispersada debe pasar a través de más aire. Parte de ella se dispersa fuera de nuevo en otras direcciones. Menos luz azul llega a tus ojos. El color del cielo cerca del horizonte parece más pálido o blanco, menos azul.
EL CIELO NEGRO Y EL SOL BLANCO
En la Tierra, el Sol aparece de color amarillo. Si estás en el espacio, o en la luna, el sol se vería blanco. En el espacio no hay atmósfera para dispersar la luz del sol. En la Tierra, desaparece algo de la longitud de onda más corta de la luz (los azules y violetas) de los rayos directos del sol por la dispersión. Los colores restantes juntos parecen amarillos.
Además, en el espacio, el cielo se ve oscuro y negro, en lugar de azul. Esto es porque no hay atmósfera. No hay luz dispersada.
¿POR QUÉ ES ROJA LA PUESTA DE SOL?
A medida que el sol comienza a ponerse, la luz tiene que viajar más lejos a través de la atmósfera antes de llegar a nosotros. Más cantidad de luz es reflejada y dispersada. Cuanto menos directamente nos llegue, el sol aparecerá menos brillante. El color del sol parece cambiar, en primer lugar a naranja y luego a rojo. Esto es porque ahora se encuentran dispersos más cantidad azules y verdes, de longitud de onda corta. Sólo las longitudes de onda más larga llegan hasta nosotros.
Sol rojo al atardecer
El cielo alrededor del sol poniente puede tomar muchos colores. Los espectáculos más bellos se producen cuando el aire contiene muchas partículas pequeñas de polvo o agua. Estas partículas reflejan la luz en todas direcciones. Entonces, como parte de la luz que vemos, hay más colores dispersos de longitud de onda más corta. Nosotros vemos las longitudes de onda larga, y el cielo se ve rojo, rosa o naranja.
