Newton sugirió que los colores aparentes de los objetos dependen de qué color se refleja o dispersa más fuertemente para quien observa el objeto. En general, no hay una forma sencilla de predecir a partir de la estructura de la superficie, de la composición química o de cualquier otro factor qué colores reflejará o dispersará una sustancia. Eso no quiere decir que existan, sino que se basan en modelos matemáticamente muy complejos. Sin embargo, algo que la mayoría de nosotros vemos todos los días se puede explicar de una forma bastante simplificada a la par que instructiva: los colores del cielo

Thomas Young demostró experimentalmente que diferentes longitudes de onda de la luz corresponden a diferentes colores. La longitud de onda de la luz se puede especificar en unidades de nanómetros (nm; 1 nm = 10^-9 m) o, alternativamente, en ångstroms (Å), el nombre de Anders Jonas Ångstrom, un astrónomo sueco que, en 1862, utilizó técnicas espectroscópicas para detectar La presencia de hidrógeno en el Sol. Un ångstrom es igual a 10^-10 m. El rango del espectro visible para los humanos es de aproximadamente 400 nm (4000 Å) para luz violeta a, aproximadamente, 700 nm (7000 Å) para la luz roja.

Los pequeños obstáculos pueden dispersar la energía de una onda incidente de cualquier tipo en todas las direcciones, y la cantidad de dispersión depende de la longitud de onda. Como regla general, cuanto mayor sea la longitud de onda en comparación con el tamaño del obstáculo, menor será la dispersión de la onda por el obstáculo. Para partículas más pequeñas que una longitud de onda, la cantidad de dispersión de luz varía inversamente con la cuarta potencia de la longitud de onda. Por ejemplo, como la longitud de onda de la luz roja es aproximadamente el doble de la longitud de onda de la luz azul, la dispersión de la luz roja es solo alrededor de un dieciseisavo* de la dispersión de la luz azul.

Con este simple dato ya sabemos por qué el cielo de mediodía de un día despejado es azul. La luz del Sol se dispersa por las moléculas y las micropartículas partículas de polvo presentes en las capas altas de la atmósfera. Todos estos obstáculos tienen dimensiones muy pequeñas en comparación con las longitudes de onda de la luz visible. Por lo tanto, en un día claro, la luz dispersa mucho más la luz de longitud de onda corta (luz azul) que la luz de longitudes de onda más largas y, por así decirlo, llena la luz azul llena el cielo de punta a punta. Debemos ser conscientes de que el color depende del observador. Cuando miras hacia arriba en un cielo despejado, es principalmente esta luz dispersada la que entra en tus ojos. El rango de longitudes de onda cortas dispersas (y la sensibilidad al color del ojo humano) conduce a la sensación de azul.

Pero, ¿qué ocurre un día con neblina cuando observamos la puesta de sol o el amanecer? Lo que nuestro ojo recibe directamente del Sol es un haz de luz en el que las longitudes de onda más cortas se han dispersado completamente por el camino, no así las longitudes de onda más largas. De esta forma percibes el cielo alrededor del Sol poniente como rojizo.

Si la Tierra no tuviera atmósfera, no habría dispersión de la luz, el cielo aparecería negro y las estrellas serían visibles durante el día. De hecho, comenzando en altitudes de aproximadamente 16 km, donde la atmósfera se vuelve bastante fina, el cielo se ve negro y las estrellas se pueden ver durante el día, como han descubierto los que hayan volado a gran altitud, incluidos los astronautas [2].

Si la luz es dispersada por partículas considerablemente más grandes que una longitud de onda (como las gotas de agua en una nube), no hay mucha diferencia en la dispersión de diferentes longitudes de onda. Como todas las longitudes de onda se dispersan, el resultado de su mezcla es blanco. Blanco color nube.

Ese azul grisáceo o parduzco que a menudo cubre las grandes ciudades es causado principalmente por partículas emitidas por motores de combustión interna (automóviles, camiones, calderas de calefacción [3]) y por plantas industriales. La mayoría de estas partículas contaminantes son invisibles, y varían en tamaño, desde los 10^-6 m hasta los 10^-9 m. Dichas partículas proporcionan una base a la que se adhieren gases, líquidos y otros sólidos. Estas partículas más grandes dispersan la luz y producen neblina. La gravedad tiene poco efecto sobre las partículas [4] hasta que se vuelven muy grandes. Pueden permanecer en la atmósfera durante meses si no se limpian por la lluvia, nieve o el viento en cantidad y tiempo suficientes.

Más información en Y el Sol se volvió azul

Notas:

[1] Un dieciseisavo (1/16) es 1 dividido entre 2⁴.

[2] Por eso en la Luna, donde no hay atmósfera el cielo se ve negro y se ven las estrellas aun estando al sol. Los conspiranoicos suelen citar las imágenes del cielo lunar negro pero sin estrellas como prueba de que los viajes a la Luna fueron un montaje. Lo único que demuestran es que no saben de fotografía: si el sol está presente tienes que tener muy poco tiempo de exposición y el obturador casi cerrado para que se vean cosas que son muchísimo más brillantes para la cámara que las estrellas.

[3] Estas calderas funcionan con gasóleo, biomasa o…carbón. Por ejemplo, se estima que en Madrid Central a comienzos de 2019 aun estaban operativas 200 calderas de carbón y unas 4000 de gasóleo (fuente). Las calderas generan la mitad de las partículas que contaminan el aire (EEA).

[4] Que están en un fluido, en el aire, no en el vacío.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance