sábado, 25 de junio de 2016

¿POR QUÉ EL CIELO ES AZUL? ¿Y EL MAR?...

Hay muchas preguntas que pueden parecer tontas, y en muchas ocasiones, pueden ser finalmente las más interesantes de responder. ¿Por qué el cielo es azul?... es, tal vez, una de esas preguntas tontas que no nos planteamos por lo cotidiano que es para nosotros. El cielo azul siempre está ahí, día tras día. Cuando se plantea esa pregunta a la gente, en muchas ocasiones, nos encontramos con esta respuesta: El cielo es azul porque se refleja el mar que es azul. Lamentablemente, la respuesta no es esa y no es tan sencilla… Vamos a intentar darle respuesta.

El color azul del cielo está relacionado con dos elementos: la composición de la luz solar y la humedad de la atmósfera. Si dejamos pasar un rayo de sol por un prisma de vidrio la luz se abre en un abanico de colores (fenómeno denominado Dispersión) por Refracción de la luz. Como resultado de esta Dispersión se observa la gama de colores conocida en el Arco Iris: violeta, azul, verde, amarillo y rojo. El color violeta es el que se separa más de la dirección del rayo incidente blanco y el color rojo el que menos. 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 prácticamente no son desviados. Los rayos violetas y azules, una vez desviados, chocan con otras partículas suspendidas en el aire y nuevamente varían su trayectoria. Este proceso se realiza de forma sucesiva. Es decir, la radiación azul y violeta realiza un movimiento en zigzag a lo largo de la atmósfera antes de alcanzar la superficie terrestre. Cuando esta radiación violeta y azul llega a nuestros ojos ya no parece venir directamente de su fuente, el Sol, sino que llegan de todas las regiones del cielo. Esa es la razón por la que el cielo nos parece azul. Pero, ¿por qué el Sol aparece de color amarillo?... Como se ha indicado, la radiación amarilla y roja sufre una desviación muy baja y llegan, prácticamente, en línea recta desde el Sol hasta nuestros ojos.

Pero entonces, el color del cielo debería ser violeta por ser esta longitud de onda la más corta de todas. No lo es por dos razones:

- La luz solar contiene más radiación azul que violeta.
- El ojo humano es más sensible a la luz azul que a la violeta.

Esta última idea nos lleva a otro punto interesante. El color del cielo debe de depender del ojo que mira. En función de las características fisiológicas del ojo de las distintas especies para captar mayor o menor franja de radiación solar, el color del cielo se modificará.

Resumiendo: El color azul del cielo se debe a la mayor difusión en la atmósfera de las ondas cortas de la radiación luminosa. El color del sol es amarillo-rojizo y no blanco, porque si a la luz blanca procedente del Sol se le elimina el color azul-violeta, se obtiene una luz de color amarillo-roja.

Simulación química del cielo azul y de la puesta de Sol


Observa el siguiente vídeo:



Reacción química implicada:

Na2S2O3 (s)  +  2 HCl (aq)  === 2 NaCl (s)  +  SO2 (g)  +  S (s)  +  H2O(l)

¿Por qué ocurre lo que observamos?

Al añadir ácido clorhídrico al tiosulfato de sodio se forma, entre otros productos, azufre elemental. Este azufre es coloidal. El rayo de luz se hace visible en la disolución como un “cono Tyndall” azulado debido a la luz dispersada por las partículas del coloide. La luz azul es dispersada más eficazmente que la roja, de manera que la luz transmitida que alcanza la pantalla se vuelve roja y luego pierde intensidad  gradualmente, conforme las partículas del coloide aumentan en número hasta llegar a obstruir toda la luz transmitida. Esto provoca un efecto parecido al de una puesta de Sol.


Como se ha indicado, el color que más se dispersa es el violeta pero por la fisiología de nuestro ojo apreciamos mejor el azul. Entonces, ¿eso significa que el cielo podría tener otros colores en función del “ojo que mira”?... (Sería igual para una abeja que para un ser humano, por ejemplo).


Podemos plantear una nueva cuestión, ¿por qué el agua del mar es azul?... Nuevamente, alguien podría comentar que es por la reflexión del cielo sobre ella. Otra vez, la respuesta no es correcta. La respuesta es exactamente igual que la del cielo. En este caso, las moléculas de agua son las encargada de producir la dispersión de la luz (igual que antes el aire el responsable). Entonces, ¿por qué en un vaso el agua es transparente?... Para producirse el fenómeno de la dispersión de la luz, es necesario tener una zona amplia de acción. Por ello, en el vaso no apreciamos este fenómeno pero en una piscina sí empieza a ser apreciable.



Para saber más…

Una explicación más profunda, pero que alcanza la misma conclusión, requiere basarse en la interacción entre la radiación electromagnética y la materia en forma de átomos. Por un lado, la luz es una onda electromagnética y por otro, la atmósfera está llena de partículas que poseen tienen un tamaño igual o inferior al de la longitud de onda de la luz incidente (como por ejemplo, átomos aislados o pequeñas moléculas). En la interacción entre la luz y la materia, la onda luminosa cede parte de su energía a la corteza atómica de la partícula que comienza a oscilar. Es decir, la radiación luminosa incidente se debilita al ceder parte de su energía. Esta energía no se queda almacenada en la atmósfera, pues cualquier átomo o partícula pequeña cuya corteza se agita, y se acaba radiando en forma de onda electromagnética al entorno en cualquier dirección. Este proceso de cesión y remisión de energía por partículas de tamaño atómico se denomina Difusión de RAYLEIGH (en honor al físico británico y premio Nobel John William Strutt (1842-1919), tercer barón de Rayleigh). En su estudio, Lord Rayleigh determinó que la intensidad (I) de la luz dispersada por una pequeña partícula en un haz de luz de longitud de onda (λ) e intensidad (Io) viene dada por:



Dónde R es la distancia a la partícula, θ es el ángulo de dispersión, n es el índice de refracción de la partícula y d es el diámetro de la partícula.



Como consecuencia de esta ecuación, la luz dispersada es inversamente proporcional a la longitud de onda, llegamos a la misma conclusión. La radiación violeta (con menor longitud de onda) es la más difundida y la menos difundida, será la radiación roja (por su mayor longitud de onda). El resultado es que la luz que nos llega desde el Sol en línea recta, al alcanzar la atmósfera se difunde en todas direcciones y “llena” toda la atmósfera con la tonalidad azulada.

Para saber más sobre el color rojo del Sol en las puesta de Sol...



Para saber más sobre el color del cielo para una abeja y para el ser humano...


Por lo tanto, es de esperar que para una abeja el cielo presente una tonalidad violeta más que azul. Por tanto, podemos decir que El color del cielo depende del ojo que mira.


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