¿Alguna vez te has preguntado por qué el cielo se pone rojo al atardecer?¿Por qué las nubes son blancas o el cielo azul? Pues te lo voy a explicar todo para que se entienda muy bien, aunque antes tengo que aclarar unos conceptos básicos.
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¿Qué es la luz?
La luz no es más que una radiación electromagnética que se propaga mediante ondas a una velocidad de 299.792.458 m/s (en el vacío). Esta velocidad es tan disparatadamente alta que no pasa nada si lo redondeamos a 300.000.000 m/s. Es una cifra que te vuela la cabeza y si te pones a calcular, descubres que tarda en llegar de la Luna a la Tierra 1,28 segundos o del Sol a la Tierra 8 minutos y 20 segundos. Pero esto son cosas que están cerca y por eso tarda poco. ¿Sabes lo que tardaríamos en cruzar la Vía Láctea a la velocidad de la luz? Agárrate porque la cifra es absurda. 105.700 años. ¿A que ya no te parece tan rápido? jejeje.
Propiedades de la luz
La luz se propaga siempre en línea recta y esto lo sabemos porque hace sombras. Si ponemos un objeto delante de una fuente de luz, se proyectará una sombra en el lado opuesto con la forma del contorno del objeto. Si la luz se propagara haciendo curvas, podría sortear el objeto y no se formaría la sombra.
La luz se refleja cuando choca con la superficie de un objeto, como una pelota que rebota al chocar contra una pared. Tanto el rayo que incide como el que rebota se encuentran en el mismo medio (aire, agua, vacío…) y lo que sucede es un cambio de dirección. Una cosa que se cumple siempre es que el ángulo de incidencia es igual al de reflexión.
La luz se refracta cuando pasa de un medio a otro. Esto quiere decir que cambia su dirección, por ejemplo cuando pasa del aire al agua. Si metemos un palo en el agua, veremos como «se tuerce» la parte que está dentro. El palo es totalmente recto, peor nuestro ojo lo percibe como torcido por esta característica.
La refracción
Hago hincapié en esta propiedad porque es importante para todo lo que viene luego. Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro, se refracta y cambia de dirección. Supongo que a todos os suene el experimento de pasar un rayo de luz por un prisma y que salgan los colores del arcoíris. Esto ocurre con unos prismas concretos, no con todos, y al pasar del aire al prisma, la luz se ralentiza. Es por esto que se produce la refracción, pero al salir por la otra cara del prisma, se vuelve a refractar y al volver al aire, adquiere su velocidad original.
Los colores del arcoíris surgen porque la luz visible está formada por la suma de todas las longitudes de onda del espectro visible. Cada color tiene una longitud de onda diferente, por lo que dentro del prisma adquiere una velocidad diferente y esto hace que la luz blanca se descomponga.
Si te interesa saber más sobre los prismas de telescopios y prismáticos, te dejo este enlace.
Longitud de onda
La característica que más nos interesa es la de la longitud de onda. No es más que la distancia que hay entre 2 cumbres o 2 valles de dicha onda. Hay ondas, como las de radio, que pueden tener longitudes de onda de kilómetros. También las hay que miden nanómetros, como los colores del espectro visible o longitudes de onda menores que el tamaño de un átomo, como los rayos gamma.
Asociado a la longitud de onda tenemos la energía de la misma. Esta será mayor, cuanto menor sea la longitud de onda y viceversa. Las ondas de radio tienen muy poca energía, mientras que los rayos X o Gamma tienen mucha energía.
¿Por qué vemos los objetos?
Podemos ver los objetos gracias a la propiedad de la reflexión. Cuando un rayo de luz incide sobre un objeto, se refleja. El rayo rebota y sale en otra dirección, pero algunas longitudes de onda son absorbidas y no se reflejan. Nuestros ojos pueden captar las longitudes de onda que son reflejadas y así poder percibir los colores. En concreto somos capaces de ver los que se encuentran dentro del llamado «espectro visible» que es el que va desde los 380 nm (morado) hasta los 750 nm (rojo). Esto no es una ciencia exacta y es que hay personas que pueden abarcar un mayor rango de este espectro y ver colores de la zona del ultravioleta o del infrarrojo.
Horst Frank, Jailbird, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Por ejemplo, si tenemos delante un limón maduro, lo percibimos de color amarillo porque el limón absorbe todas las longitudes de onda del rayo de luz, excepto las que van desde los 570 hasta los 581 nm, que son las que corresponden con el amarillo.
Cuando vemos nieve, la percibimos blanca porque refleja casi todas las longitudes de onda. Si tenemos delante un trozo de carbón, esté será negro porque absorbe casi todas las longitudes de onda.
¿Por qué el cielo es azul?
Pues lo primero que te voy a decir es que el cielo NO es azul. Lo que pasa es que nosotros lo percibimos de ese color, aunque hay animales que lo ven de otro color. ¿Pero qué me estás contando, Fray? No te preocupes que te lo explico ahora mismo.
La atmósfera terrestre está llena de gases, partículas de polvo, vapor de agua, contaminación de todo tipo… Son «elementos» de muchos tamaños diferentes que van a interactuar de una forma u otra con los rayos de luz. Aquí es donde está el quid de la cuestión, lo que nos va a explicar todas las dudas que hemos planteado al principio. La dispersión de Rayleigh.
Dispersión de Rayleigh
Esto no es más que el esparcimiento o dispersión que sufren los rayos de luz al impactar con todos los elementos que componen la atmósfera. Como ya hemos visto, cada color tiene una longitud de onda diferente, siendo las más cortas las que corresponden con el violeta y el azul y las más largas las del rojo. Cuando estos rayos chocan con algo que es mucho más pequeño que su longitud de onda (moléculas de oxígeno, nitrógeno…) se dispersan. Esto no ocurre solo con la luz solar y nuestra atmósfera, sino que se puede dar con cualquier radiación electromagnética que atraviese un medio transparente.
La luz del Sol llega a nuestra atmósfera y se pone a chocar contra todo a lo loco. Cuanta menor longitud de onda, mayor probabilidad de dispersión y es que la luz azul se dispersa 5 veces más que la roja, por lo que el cielo se empieza a «llenar» de reflejos azules. Os conté hace un rato que nuestros ojos captan la luz que se refleja así que es por esto que vemos el cielo azul. Lo mismo pasa con el violeta, pero los seres humanos no estamos preparados para percibir bien el violeta y es por eso que lo vemos azul. Las abejas sí que captan muy bien el violeta, por lo que ellas verán el cielo de este color.
Cuando los rayos de luz alcanzan moléculas de agua, por ejemplo una nube, resulta que estas son bastante más grandes que sus longitudes de onda, por lo que toda la luz se dispersa por igual. Refleja todas las longitudes de onda y las vemos blancas. Si la nube está muy cargada, son muy densas y los rayos de luz no pueden pasar, así que las vemos negras. Esto ocurre cuando se avecina una tormenta y el cielo se oscurece.
¿Por qué el cielo se pone rojo al atardecer?
Ya sabemos por qué el cielo se ve azul durante el día, pero al amanecer y al atardecer se torna de color rojo, naranja, rosa y amarillo. Esto también se debe a la dispersión de Rayleigh y es que cuando el sol está bajo, tiene que atravesar una mayor cantidad de atmósfera. En esta situación, la probabilidad de chocar con las partículas de la misma es mucho mayor y la dispersión del color azul se multiplica. Tanto es así que casi todas las longitudes de onda más cortas se dispersan, llegando a nuestros ojos solo las más largas. Estas corresponden con el amarillo, el naranja y el rojo y cuanto mas bajo está el Sol, más longitudes de onda se dispersan. Esto significa que al principio del atardecer, veremos tonos amarillos, naranjas y rojos, pero al final serán solo rojos, ya que este color es el que tiene la longitud de onda más larga.