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| Amanecer desde mi habitación. (En Flickr) |
La respuesta, por supuesto, la tiene la física. Voy a hacer una explicación sencilla para empezar y luego profundizo un poco más en el tema por si tenéis curiosidad, ya que me han dicho que en el anterior artículo podría haber explicado algo más. Pero es bastante complicado no complicar demasiado las cosas para unos y no quedarse corto para otros al mismo tiempo. Bueno, vamos allá.
Primero y lo básico. ¿Porqué vemos el cielo? En principio todos sabemos que el universo es oscuro, negro (acordarse de las imágenes de los astronautas). Entonces, ¿cómo vemos iluminado el cielo si no estamos mirando directamente hacia el Sol?. La clave está en que tenemos atmósfera, que es una capa de aire, (oxígeno y nitrógeno básicamente con algo de vapor de agua y dióxido de carbono). Simplemente voy a decir por ahora que la luz del sol ilumina este aire y nosotros lo vemos. Es decir, que nos llega luz desde todo el cielo, y no sólo del Sol como sería obvio.
Ahora, segunda pregunta. ¿Porqué el cielo es azul si la luz del Sol es blanca? Espera, ¿el Sol es blanco?, porque a veces parece amarillo o rojo... Eso es la tercerea pregunta, paciencia... Sí, el Sol es blanco. Por lo menos la luz que viene desde el Sol antes de entrar en la atmósfera. Si esta luz atraviesa poco grosor de aire (a medio día con el Sol en lo más alto) no cambia mucho su color y si iluminamos una hoja blanca la vemos blanca. Y diréis, claro, la vemos blanca porque el papel es blanco... Falso! Porque ¿a que es verdad que si la iluminamos con un foco rojo, el papel se ve rojo? Ésto pasa porque llamamos "blanco" al color que tiene la propiedad de reflejar TODA la luz que le llega, tanto si es azul como amarilla y por supuesto el blanco. Que por cierto, el blanco se hace superponiendo luces de todos los colores en igual cantidad.
Recordemos que esto es lo que pasa si descomponemos la luz blanca en todos sus colores, por eso se forma el arco-iris cuando la luz atraviesa las gotas de agua
Entonces, contesto a la pregunta. El cielo es azul porque resulta que el aire dispersa más los tonos azules que los rojos y naranjas. Es decir que dispersa más los colores de abajo del dibujo este del prisma.
Pero, ¿que significa dispersar? Bueno, creo que es lógico. Es hacer cambiar de dirección los rayos que van todos en una cierta dirección. O sea, que estoy diciendo que los rayos de color azul cambian su dirección más que los rojos. Por lo tanto, durante el rayo blanco viaje por la atmósfera perderá su color azul porque se dispersa y se quedarán sobre todo los rojos. Con ésto se explica a la vez la pregunta de porqué el Sol se ve rojo cuando atraviesa la atmósfera y de porque el cielo es azul. Mirad el esquema que he dibujado.
Por otro lado vemos que si miramos desde donde está el observador en la Tierra se ven sólo los rayos azules dispersados, por lo que el cielo se vería azul. Este fenómeno de dispersión de los azules en la atmósfera se le conoce como Dispersión Rayleigh.
Pues hasta aquí la explicación sencilla. Ahora si queréis os quedáis un rato más y completo el artículo explicando un poco cómo se dispersa realmente la luz y porque lo hacen más lo azules. Como veis en Física siempre nos estamos preguntando el ¿por qué? de todo. Y cuando lo comprendemos seguro que encontramos otro ¿por qué?. Yo digo que los físicos somos como los niños chicos en esas edades que les entra la curiosidad por todo y sólo saben preguntar ¿por qué?
Profundizando un poco
Bueno, pues para explicar un poco de cómo se dispersa la luz tenemos que volver a recordar cómo está hecha la materia, en este caso el aire de la atmósfera. Veamos, el aire está compuesto de nitrógeno (N2) y oxígeno (O2) gaseosos básicamente, además de como dijimos un poco de dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O).
Aquí he dibujado diferentes moléculas de estos compuestos. Se ve que es un gas simplemente por la distancia entre unas y otras, dejando sitio para moverse libremente (lo que se llama Gas Ideal). Si fuera un líquido estarían mucho más juntas y si fuera sólido, además de juntas estarían fijas unas respecto a otras.
Cada una de las moléculas está compuesta de átomos, representados aquí como las bolas de colores diferentes indicados a la derecha. Pues para explicar cómo se dispersa la luz cuando atraviesa esto, debemos meternos un poco más en cómo es el átomo. Que sepáis que todo esto se llama Física Cuántica! que no es algo tan complicado, sólo es la física de las cosas pequeñitas.
Veamos, el átomo, cómo expliqué por encima en el artículo anterior de la antimateria, está formado por un núcleo y a su alrededor electrones dando vueltas en diferentes órbitas. El núcleo está formado por protones y neutrones, pero eso ahora no nos importa mucho. Para este caso lo importante son los electrones y sus órbitas.
A ver si lo explico. Un átomo, en su estado más normalito tiene los mismos electrones que protones, o sea, Z, lo que se llama número atómico, el numerito más importante de los elementos químicos y por el que están ordenados en la tabla periódica.
Por tanto los elementos que nos interesan ahora tienen:- Hidrógeno. 1 electrón.
- Carbono. 6 electrones.
- Nitrógeno. 7 electrones.
- Oxígeno. 8 electrones.
Estos electrones dan vueltas en torno al núcleo en distintas órbitas digamos que "a diferentes alturas". En el primer nivel sólo caben 2 electrones, y en el segundo 8 por lo que ya tenemos sitio para todos.
Estos electrones estarían dando vueltas en su órbita eternamente a no ser que alguien "de fuera" les dé energía para pasar a una órbita más alta. Lo más normal que ese "alguien" sea un fotón, una partícula de luz. Entonces, si tenemos átomos en una zona que le llega luz, de vez en cuando un fotón choca contra el electrón, el fotón desaparece y el electrón coge la energía del fotón y salta a una órbita más alta.
Por ésto es por lo que se pierde intensidad de luz siempre que un rayo luminoso atraviesa materia. Volvemos, al electrón en la órbita alta. En física decimos que ese electrón esta exitado. Pues este no se queda en la órbita excitada eternamente, sino que al rato (algunas millonésimas de segundo más o menos) "se cansa" de estar exitado y cae a su órbita inicial (llamada fundamental). Y la energía de más que tenía antes se vuelve a convertir en otro fotón de la misma energía (color) y sale del átomo, pero lo hace en cualquier otra dirección, sin tener nada que ver con la que llegó. Y ésto es lo que dijimos antes de la dispersión Rayleigh, el hecho de que salga en cualquier otra dirección.
La razón de porque se produce más dispersión en los fotones azules es más complicada. Eso viene expresado por una ecuación que nos dice que ángulo se dispersa un fotón en función de su longitud de onda (o frecuencia) que es lo mismo que el color al fin y al cabo.
Para terminar voy a poner un gráfico de cómo es realmente la luz que viene desde el Sol antes y después de pasar por la atmósfera.
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La curva esa tan suave que aparece llamada como espectro del cuerpo negro a 5250ºC es la que tendría un cuerpo negro a esa temperatura. Un cuerpo negro es algo que sólo emite luz debido a la temperatura a la que está, es decir, que no refleja NADA de lo que le llega, toda la luz la produce él. Eso es algo totalmente ideal. El Sol casi es un cuerpo negro, no por su color, sino porque podemos decir que el Sol no lo vemos iluminado por la luz que le llega de otras estrellas. Cosa que si pasa en la Luna por ejemplo, que la vemos no por su luz propia sino por la que nos refleja del Sol.
Bueno, pues lo voy a dar por finalizado este artículo. Si hay algo que no quede muy claro o queréis que explique más alguna cosa o simplemente os gusta decidmelo en los comentarios. Ah y si queréis que hable sobre algún tema o que os resuelva alguna duda física que tengáis de hace tiempo y nadie os sabe responder comentadme a ver que puedo hacer. Muchas gracias por aguantarme todo este tocho.
