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¿Por qué percibimos el cielo de color azul?

¿Por qué percibimos el cielo de color azul?
¿Por qué el cielo es azul?

Si alguna vez te has preguntado por qué el cielo es azul ya tienes algo en común con Aristóteles, Isaac Newton, Thomas Young, James Clerk Maxwell y con Hermann von Helmholtz.

Todos estos científicos y estudiosos dedicaron mucho tiempo para descifrar la respuesta, o al menos una parte, porque la solución abarca una gran cantidad de componentes, como los colores en la luz del sol, el ángulo en el que la luz solar atraviesa la atmósfera, el tamaño de partículas en el aire, las moléculas de la atmósfera y la forma en que nuestros ojos perciben el color.

Para entender por qué el cielo es azul, en primer lugar necesitamos saber qué es el color. Desde un punto de vista de la física, el color se refiere a las longitudes de onda de la luz visible que salen de un objeto y se encuentran con un detector sensible, como el ojo humano. 

Estas longitudes de onda podrían reflejarse o dispersarse desde una fuente externa, o podrían emanar del propio objeto.

El color de un objeto cambia en función de los colores que figuran en la fuente de luz; por ejemplo, la pintura roja, cuando se observa bajo la luz azul, se ve negra. Isaac Newton demostró con un prisma que la luz blanca del sol contiene todos los colores del espectro visible, por lo que todos los colores son posibles a la luz solar.

Por poner un ejemplo práctico: ¿de qué color es un plátano? Una respuesta rápida sería decir que un plátano amarillo se ve amarillo porque refleja la luz amarilla y absorbe todas las otras longitudes de onda. Pero esto no es exacto. 

Un plátano dispersa tanto color naranja y rojo como lo hace de color amarillo, y esparce todos los colores del espectro visible en un grado u otro. 

¿Por qué percibimos el cielo de color azul?

La verdadera razón por la que se ve de color amarillo se relaciona con la forma en que nuestros ojos perciben luz. Pero, ¿qué tiene que ver el color de los plátanos con el color del cielo?

Al igual que los plátanos, los átomos, las moléculas y las partículas en la atmósfera absorben y dispersan la luz. Si no lo hicieran, o si la Tierra no tuviera atmósfera, percibiríamos el sol como una estrella muy brillante en un cielo de noche perpetua. Sin embargo, no todas las longitudes de onda del espectro de luz visible se dispersan por igual. 

Las longitudes de onda más cortas, con más energía, las que se encuentran hacia el extremo violeta del espectro, se dispersan mejor que aquellas longitudes que se colocan hacia el extremo rojo, con menos energía. 

Esta tendencia se debe, en parte, a su nivel de energía y en parte a la geometría de las partículas que interactúan con la atmósfera.

En 1871, Lord Rayleigh derivó una fórmula que describe un subconjunto de estas interacciones, en el que las partículas atmosféricas son mucho más pequeñas que las longitudes de onda de la radiación que incide sobre de ellos. El modelo de dispersión de Rayleigh mostró que, en tales sistemas , la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de su longitud de onda. 

En otras palabras, las longitudes de onda más cortas (como el azul y el violeta) se dispersan mucho más que las longitudes de onda largas cuando las partículas (como el oxígeno y las moléculas de nitrógeno) son relativamente pequeñas. En estas condiciones, la luz dispersada también tiende a dispersarse por igual en todas las direcciones, y esta es la razón por la cual el cielo parece tan saturado de color.

Si miráramos directamente al sol (lo cual es completamente desaconsejable) veríamos todas las longitudes de onda, ya que la luz estaría llegando directamente a nuestros ojos. 

Es por eso que el sol y el área que lo rodea se ven blancos. Cuando miramos de lejos del sol, en el cielo claro, podemos ver la luz, sobre todo de las longitudes de onda más cortas, esparcidas, como el violeta, el índigo y azul.

Entonces, ¿por qué no aparece el cielo violeta en vez de azul claro? La respuesta está en los ojos, que perciben el color utilizando una estructuras llamadas conos. Las retinas están repletas de conos: aproximadamente 5 millones en cada una. 

Los conos son de tres tipos, cada uno de ellos especializado en ver diferentes colores. Aunque cada tipo de cono es más sensible a ciertas longitudes de onda máximas, los rangos de los tipos de conos se superponen. Como resultado, se pueden detectar diferentes espectros y combinaciones espectrales como el mismo color.

A diferencia de nuestros sentidos auditivos, que pueden reconocer y discriminar distintos sonidos (podemos diferenciar un oboe de un clarinete, o el llanto de un bebé del llanto de un niño), nuestros ojos y nuestro cerebro interpretan ciertas combinaciones de longitudes de onda de un solo color. 

De este modo, nuestro sentido de la vista interpreta la luz azul-violeta del cielo como una mezcla de luz azul y blanca, y esa es la razón por la que el cielo es azul claro.

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