¿Por qué el cielo es azul?

Jorge Barrasa Fano · 26-04-2021 10:00 · CEBE responde

Tomen asiento y apriétense

El viaje empieza en nuestra estrella, el Sol. Dentro del Sol, como en cualquier estrella, se producen una serie de reacciones químicas que producen mucha luz. Como sabes, aunque solo seas capaz de mirar al Sol directamente por un breve instante, la luz del Sol es blanca. Habrás oído alguna vez que la luz blanca está compuesta por varios colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Por lo tanto, imagínate que en nuestro viaje los pasajeros son pequeñas personitas de todos estos colores. En realidad, en lugar de personitas, la luz está formada por ondas de distinta longitud y nuestros ojos interpretan cada una como un color distinto. Puedes imaginarte que los pasajeros rojos son un poco más grandes que los naranjas (porque la longitud de onda del color rojo es mayor), los naranjas más grandes que los amarillos, y así sucesivamente. También te los puedes imaginar viajando muy apretaditos, sin apenas espacio entre ellos, como si los viajes Sol-Tierra los operara Ryanair.

Un vuelo tranquilo…

En el camino desde el Sol hasta la Tierra no hay ningún obstáculo porque como sabes, en el espacio no hay aire, hay vacío. Por lo tanto, la luz recorre un camino en línea recta, sin ninguna alteración. Te puedes imaginar que los pasajeros tienen un viaje bastante aburrido en su mayor parte: no hay curvas, no hay frenazos, nada. No es muy emocionante1. Por suerte, la luz viaja muy rápido y tras unos 8 minutos de viaje aburrido, se anuncia por megafonía: "Estimados pasajeros, nos aproximamos a los últimos 100 km de viaje: La Atmósfera Terrestre. Por favor, prepárense para el aterrizaje, -y aunque te parezca increíble– asegúrense de que su cinturón está bien desabrochado". Sí, no es una errata. Una vez que la luz llega a la atmósfera de la Tierra, los pasajeros dejarán de estar tan pegaditos.

…y un aterrizaje turbulento

La cosa en la atmósfera cambia. Los pasajeros pasan de estar viajando por el vacío y sin alteraciones a un nuevo entorno lleno de obstáculos. La atmósfera terrestre está formada principalmente por nitrógeno (el más abundante), oxígeno y otros gases como el dióxido de carbono. Además hay un montón de porquería: polvo, polen, arena, polución… Las moléculas de estos gases junto con las partículas suspendidas en el aire supondrán una auténtica carrera de obstáculos para algunos de nuestros pasajeros. Los pasajeros más grandes, como los rojos, los naranjas o los amarillos no tienen mayor problema. Su tamaño es mayor que la mayoría de los obstáculos y por tanto su trayectoria no se desvía demasiado y acaban llegando al final del viaje, la superficie terrestre, sin mucha dificultad. Sin embargo, resulta que los obstáculos son de un tamaño similar al de los pasajeros más pequeños, como los azules. Al chocar con los obstáculos, los pasajeros más pequeños salen disparados en una dirección completamente diferente a su trayectoria inicial. Y después vuelven a chocar con otro obstáculo, y vuelven a desviarse, y así sucesivamente. Los científicos llaman a esto dispersión de Rayleigh. Como te habrás dado cuenta, del grupo de pasajeros inicial, solo los pasajeros más grandes (los rojos, naranjas y amarillos) llegan a nuestros ojos, mientras que los más pequeños (los azules, añiles y violetas) se quedan atrapados en el laberinto del aire tiñendo el cielo del característico tono azulado.

Otros colores

Te preguntarás por qué el cielo no es violeta. Pues el caso es que sí que lo es. Los pasajeros violetas también se quedan atrapados rebotando entre partículas. Pero nuestros ojos tienen una sensibilidad mayor al azul que al violeta. Nuestra retina tiene una especie de sensores (que llamamos conos) que son sensibles al rojo, al verde y al azul. Con solo estos tres tipos de sensores, nuestro cerebro es capaz de mezclar los tres colores para obtener cualquier otro color. Hace algo parecido a lo que hacías en el colegio mezclando pinturas de distinto color pero solo con pinturas roja, verde y azul. Por ejemplo, si en una parte de tu retina los conos sensibles a los colores rojo y verde se excitan al mismo tiempo, tu cerebro lo interpretará como el color amarillo. Como ves, a nuestro cerebro le cuesta mucho menos trabajo detectar el azul porque tenemos conos que están especializados en detectarlo. Sin embargo, para detectar el color violeta, nuestro cerebro tiene que ponerse a combinar tonos de rojo y de azul y le cuesta más trabajo.

¿Y por qué al amanecer y al atardecer el cielo se vuelve anaranjado? Pues bien, nuestros pasajeros aventajados, los más grandes, dejan de tener tanta suerte cuando los rayos del Sol no caen perpendiculares a la superficie de la Tierra. Al alba, los rayos del Sol forman un ángulo muy pequeño con la superficie de la Tierra lo que significa que los pasajeros que llegan a nuestros ojos han recorrido mucha más distancia dentro de la atmósfera terrestre. A pesar de que los obstáculos del aire no desvían mucho a los pasajeros grandes, sí que lo hacen en menor medida. Cuantos más obstáculos les pongas en su camino, más conseguirás desviarlos. Al amanecer y al atardecer, es tanta la distancia que los rayos del Sol tienen que recorrer para llegar a ti, que el número de partículas con el que se chocan es lo suficientemente alto como para desviar también a los pasajeros rojos, naranjas y amarillos. Así, se tiñe el cielo con esos tonos tan característicos.

En realidad, ya habías presenciado estos choques de la luz con partículas del aire en otras ocasiones. Algo muy similar ocurre con los arcoíris. En estos casos la luz choca contra gotitas de agua que son bastante más grandes que otras partículas del aire y consiguen desviar a todos los colores por igual, separando a los pasajeros de sus asientos ligeramente (como si al atravesar una gota de agua automáticamente les pusieran a todos a viajar en clase business). Esta desviación es la justa para que podamos disfrutar de cada pasajero individualmente en un bonito arco de color. Otro efecto similar ocurre cuando está a punto de llover. Las nubes se ponen muy oscuras porque son tan densas que las gotas de agua ni siquiera dejan pasar la luz, sea del color que sea. Gracias a eso sabes que es el momento de sacar el paraguas.

Un escudo frágil

Para terminar, quiero volver a subrayar que nuestra atmósfera solo mide 100 km por encima de la superficie2. Esto no deja de parecerme curioso porque el radio de la Tierra es de más de 6000 km. La atmósfera nos da el oxígeno que respiramos y nos protege de cosas que nos matarían, entre otras, de la radiación ultravioleta y de los meteoritos. Para que te hagas una idea, si la Tierra fuera un globo terráqueo de escritorio, la atmósfera no sería más que la pegatina que hay pegada con las ilustraciones de los países. Si la Tierra fuera la manzana de logo de CEBE, la atmósfera no sería más que la piel. Como ves, es una capa extremadamente delgada y frágil pero nos permite a los seres humanos vivir en este planeta. No se me ocurre una mayor prioridad para el ser humano que el asegurarse de que esta hermosa capa azul siga estando ahí.

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Nota 1: esto que digo de que un fotón se aburriría mucho no es del todo cierto. No solo porque un fotón no tiene sentimientos, pero también porque la teoría de la relatividad nos dice que para un fotón que viaja a la velocidad de la luz en el vacío, ¡el tiempo no pasa!. Por lo tanto, aunque para nosotros la luz tarde unos 8 minutos en llegar desde el Sol a la Tierra, para un fotón esto ocurre de manera inmediata. Pero dejemos esto para otro post.

Nota 2: 100 km es el límite formal que se utiliza para separar la atmósfera del espacio exterior. Curiosamente, si pudieras subir hasta esta altura dejarías de ver el cielo azul, ya que a tanta altura no hay gases ni partículas de polvo – y por tanto, no hay dispersión de Rayleigh. Además, podrías ver las estrellas incluso a plena luz del sol. La razón por la que no vemos las estrellas durante el día es porque toda esa luz azul dispersada en el aire nos lo impide. 

Comentario(s)

Jorge, me ha gustado muchísimo tu artículo. Increíblemente claro y con un símil muy acertado.

Angel Fuentes , 26 Apr 2021

Me ha encantado! Fotones que viajan en Ryanair jaja nunca lo olvidaré! ????

Ana Barragán , 26 Apr 2021

Perfectamente explicado. Muchas gracias!

Begoña Fano , 26 Apr 2021

Nice and memorable, thank you

Arne , 26 Apr 2021

Genial. Muy clarito y muy didáctico. Gran divulgador científico. Bravo!!!!
Siguiendo con los colores se me ocurre que podrías escribir otro post explicando por qué las plantas son verdes y no violetas o rojas. ¿Qué te parece?

José María Barrasa , 26 Apr 2021

Que fantasía! me ha encantado ^^

Elena , 28 Apr 2021

Estupenda explicación, interesante y didáctica. Un claro ejemplo de que la ciencia puede llegar a todos los públicos de una forma sencilla y amena. Enhorabuena por esa facilidad divulgativa que demuestras.

Francisco DAT , 5 days ago

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