¿Por qué el cielo es azul?

(Publicado originalmente en Madrid Sindical)

Aunque algún poeta pueda pensar lo contrario, el cielo no está pintado. En la Luna o en el espacio, donde no hay aire, ningún obstáculo impide a la luz ir en línea recta. Allí, el cielo es negro y el Sol se ve blanco. En la Tierra, sin embargo, la luz del Sol debe atravesar la atmósfera, que es como unas gafas sucias entre nuestros ojos y el Sol. En la atmósfera, en esas gafas sucias, la luz del Sol interacciona con las moléculas de los gases que la forman (con la suciedad). Esta interacción, conocida como dispersión de Rayleigh, consiste en la absorción de la luz del Sol por parte de los átomos del aire y su posterior reemisión en todas direcciones.

La dispersión de Rayleigh depende de la longitud de onda de la luz: Afecta mucho más a las longitudes de onda cortas (violeta y azul), y menos a las largas (amarillo y rojo). Al atravesar la atmósfera, estos últimos colores llegan hasta la superficie prácticamente inalterados; por eso el Sol se ve amarillo. Por contra, los rayos violetas y azules son dispersados, de manera que, zigzagueando de molécula en molécula, cuando llegan a la superficie proceden aparentemente de todos los puntos del firmamento. Sin embargo, el cielo no se ve violeta, que es el color con menor longitud de onda, y por tanto el más dispersado. Esto es debido a la combinación de tres factores: en primer lugar, cuanto más dispersado es un color, mayor proporción de él se pierde hacia el espacio, puesto que la dispersión se produce en todas direcciones; además, la intensidad de los diferentes colores en la luz solar no es uniforme, es máxima en el color azul y disminuye rápidamente hacia el violeta; por último, y más importante, nuestros ojos son más sensibles al azul que al violeta.

Pero no siempre el cielo es azul. Al amanecer y al atardecer, los rayos solares, tangentes a la superficie de la Tierra, atraviesan un espesor mayor de atmósfera, de manera que la dispersión afecta en mayor grado a todos los colores, incluidos los amarillos y rojos, de ahí los coloridos rosas, rojizos o anaranjados de los cielos crepusculares y el rojo intenso del propio Sol.

De noche, sin embargo, pese a la luz de la Luna y de las estrellas, el cielo es negro. La poca intensidad de la luz, incluso con luna llena, hace que la dispersión de Rayleigh sea totalmente imperceptible.

Cuando en el aire están presentes partículas en suspensión más grandes que sus propias moléculas, como las gotas de agua de una nube, la dispersión que se produce, llamada dispersión de Mie, no depende de la longitud de onda; las partículas actúan como minúsculos espejos que reflejan parte de la luz y absorben la otra parte. Las gotas de las nubes reflejan por igual todos los colores; por eso las nubes son blancas. Cuando las nubes son muy gruesas o densas, gran parte de la luz que las atraviesa es absorbida, lo que provoca su coloración gris o negra.

En Marte son también las partículas en suspensión las que dan su color rojo al cielo; en este caso, son partículas coloreadas que reflejan en mayor medida la luz de ese color. ¿Cómo será el cielo en otros planetas? ¿Habrá planetas con el cielo verde?