A pesar del progreso científico y el libre acceso a muchas fuentes de información, es raro que una persona pueda responder correctamente a la pregunta de por qué el cielo es azul.
¿Por qué el cielo es azul o azul durante el día?
La luz blanca -que es la que emite el Sol- está formada por siete partes del espectro de colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. La pequeña rima conocida en la escuela, "Todo cazador quiere saber dónde se sienta el faisán", determina con precisión los colores de este espectro mediante las letras iniciales de cada palabra. Cada color tiene su propia longitud de onda de luz: el rojo es el más largo y el violeta el más corto.
El cielo (atmósfera) que conocemos está formado por micropartículas sólidas, pequeñas gotas de agua y moléculas de gas. Durante mucho tiempo ha habido varias suposiciones erróneas tratando de explicar por qué el cielo es azul:
- la atmósfera, formada por pequeñas partículas de agua y moléculas de varios gases, deja pasar bien los rayos del espectro azul y no permite que los rayos del espectro rojo toquen la Tierra;
- Las pequeñas partículas sólidas, como el polvo, suspendidas en el aire son las que menos dispersan las longitudes de onda azules y violetas, por lo que logran llegar a la superficie de la Tierra, a diferencia de otros colores del espectro.
Estas hipótesis fueron apoyadas por muchos científicos famosos, pero la investigación del físico inglés John Rayleigh demostró que las partículas sólidas no son la causa principal de la dispersión de la luz. Son las moléculas de gases de la atmósfera las que separan la luz en componentes de color. Un rayo blanco de luz solar, al chocar con una partícula de gas en el cielo, se dispersa (se dispersa) en diferentes direcciones.
Cuando choca con una molécula de gas, cada uno de los siete componentes de color de la luz blanca se dispersa. Al mismo tiempo, la luz con ondas más largas (la componente roja del espectro, que también incluye el naranja y el amarillo) se dispersa peor que la luz con ondas cortas (la componente azul del espectro). Debido a esto, después de la dispersión, quedan en el aire ocho veces más colores del espectro azul que rojos.
Aunque el violeta tiene la longitud de onda más corta, el cielo todavía parece azul debido a la mezcla de ondas violetas y verdes. Además, nuestros ojos perciben mejor el color azul que el violeta, dado el mismo brillo de ambos. Son estos hechos los que determinan la combinación de colores del cielo: la atmósfera está literalmente llena de rayos de color azul azulado.
¿Por qué entonces el atardecer es rojo?
Sin embargo, el cielo no siempre es azul. Naturalmente surge la pregunta: si vemos cielos azules todo el día, ¿por qué el atardecer es rojo? Descubrimos anteriormente que el color rojo es el que menos se dispersa por las moléculas de gas. Durante la puesta de sol, el Sol se acerca al horizonte y el rayo solar se dirige hacia la superficie de la Tierra no verticalmente, como durante el día, sino en ángulo.
Por tanto, el camino que recorre a través de la atmósfera es mucho más largo que el que recorre durante el día cuando el Sol está alto. Debido a esto, el espectro azul-azul es absorbido por una capa gruesa de la atmósfera y no llega a la Tierra. Y ondas de luz más largas del espectro rojo-amarillo llegan a la superficie de la Tierra, coloreando el cielo y las nubes con los colores rojo y amarillo característicos del atardecer.
¿Por qué las nubes son blancas?
Toquemos el tema de las nubes. ¿Por qué hay nubes blancas en el cielo azul? Primero, recordemos cómo se forman. El aire húmedo que contiene vapor invisible, calentado en la superficie de la tierra, se eleva y se expande debido a que la presión del aire es menor en la parte superior. A medida que el aire se expande, se enfría. Cuando el vapor de agua alcanza una determinada temperatura, se condensa alrededor del polvo atmosférico y otros sólidos suspendidos, lo que da como resultado pequeñas gotas de agua que se fusionan para formar una nube.
A pesar de su tamaño relativamente pequeño, las partículas de agua son mucho más grandes que las moléculas de gas. Y si, cuando se encuentran con las moléculas de aire, los rayos del sol se dispersan, cuando se encuentran con las gotas de agua, la luz se refleja en ellas. En este caso, el rayo de luz solar inicialmente blanco no cambia de color y al mismo tiempo “colorea” de blanco las moléculas de las nubes.
El mundo que nos rodea está lleno de maravillas asombrosas, pero a menudo no les prestamos atención. Al admirar el azul claro del cielo primaveral o los colores brillantes del atardecer, ni siquiera pensamos en por qué el cielo cambia de color a medida que cambia la hora del día.
Estamos acostumbrados al azul brillante en un día soleado y al hecho de que en otoño el cielo se vuelve gris brumoso, perdiendo sus colores brillantes. Pero si le preguntas a una persona moderna por qué sucede esto, es poco probable que la gran mayoría de nosotros, una vez armados con conocimientos escolares de física, podamos responder a esta simple pregunta. Mientras tanto, no hay nada complicado en la explicación.
¿Qué es el color?
Del curso de física escolar debemos saber que las diferencias en la percepción del color de los objetos dependen de la longitud de onda de la luz. Nuestro ojo sólo es capaz de distinguir un rango bastante estrecho de radiación de ondas, siendo las ondas más cortas las azules y las más largas las rojas. Entre estos dos colores primarios se encuentra toda nuestra paleta de percepción del color, expresada por la radiación de ondas en diferentes rangos.
Un rayo de luz blanco en realidad está formado por ondas de todos los colores, lo cual es fácil de ver al pasarlo a través de un prisma de vidrio; probablemente recuerdes esta experiencia escolar. Para recordar la secuencia de cambios en las longitudes de onda, es decir secuencia de colores del espectro de la luz del día, se inventó una frase divertida sobre un cazador, que todos aprendimos en la escuela: Todo cazador quiere saber, etc. 
Dado que las ondas de luz roja son las más largas, son menos susceptibles a dispersarse al pasar. Por lo tanto, cuando es necesario resaltar visualmente un objeto, se utiliza predominantemente el color rojo, que es claramente visible desde lejos en cualquier clima.
Por tanto, un semáforo prohibitivo o cualquier otra luz de advertencia de peligro es roja, no verde ni azul.
¿Por qué el cielo se pone rojo al atardecer?
En las horas de la tarde, antes del atardecer, los rayos del sol caen sobre la superficie de la tierra en ángulo, y no directamente. Tienen que superar una capa de atmósfera mucho más espesa que durante el día, cuando la superficie de la tierra está iluminada por los rayos directos del sol.
En este momento, la atmósfera actúa como un filtro de color que dispersa los rayos de casi todo el rango visible, excepto los rojos, los más largos y, por tanto, los más resistentes a las interferencias. Todas las demás ondas de luz son dispersadas o absorbidas por partículas de vapor de agua y polvo presentes en la atmósfera.
Cuanto más bajo está el Sol con respecto al horizonte, más gruesa es la capa de atmósfera que los rayos de luz tienen que superar. Por tanto, su color se desplaza cada vez más hacia la parte roja del espectro. A este fenómeno se asocia una superstición popular que dice que una puesta de sol roja presagia un fuerte viento al día siguiente. 
El viento se origina en capas altas de la atmósfera y a gran distancia del observador. Los rayos oblicuos del sol resaltan la zona emergente de radiación atmosférica, en la que hay mucho más polvo y vapor que en una atmósfera tranquila. Por eso, antes de un día ventoso vemos una puesta de sol especialmente roja y brillante.
¿Por qué el cielo es azul durante el día?
Las diferencias en las longitudes de onda de la luz también explican el azul claro del cielo diurno. Cuando los rayos del sol inciden directamente sobre la superficie de la Tierra, la capa de atmósfera que superan tiene el espesor más pequeño.
La dispersión de las ondas de luz se produce cuando chocan con las moléculas de gases que componen el aire, y en esta situación, el rango de luz de longitud de onda corta resulta ser el más estable, es decir. ondas de luz azul y violeta. En un día hermoso y sin viento, el cielo adquiere una profundidad y un azul sorprendentes. Pero ¿por qué entonces vemos azul y no violeta en el cielo?
El hecho es que las células del ojo humano responsables de la percepción del color perciben el azul mucho mejor que el violeta. Aún así, el violeta está demasiado cerca del límite del rango de percepción.
Por eso vemos el cielo de un azul brillante si no hay componentes dispersos en la atmósfera aparte de las moléculas de aire. Cuando aparece una cantidad suficientemente grande de polvo en la atmósfera, por ejemplo, en un verano caluroso en la ciudad, el cielo parece desvanecerse, perdiendo su azul brillante.
Cielo gris de mal tiempo
Ahora está claro por qué el mal tiempo otoñal y el aguanieve invernal hacen que el cielo sea irremediablemente gris. Una gran cantidad de vapor de agua en la atmósfera provoca la dispersión de todos los componentes de un haz de luz blanca, sin excepción. Los rayos de luz se trituran en pequeñas gotas y moléculas de agua, pierden su dirección y se mezclan en todo el espectro. 
Por lo tanto, los rayos de luz llegan a la superficie como si atravesaran una pantalla de lámpara gigante. Percibimos este fenómeno como el color blanco grisáceo del cielo. Tan pronto como se elimina la humedad de la atmósfera, el cielo vuelve a adquirir un color azul brillante.
Una de las características distintivas de una persona es la curiosidad. Probablemente todos, cuando eran niños, miraban al cielo y se preguntaban: “¿por qué el cielo es azul?” Resulta que las respuestas a preguntas tan aparentemente simples requieren cierta base de conocimientos en el campo de la física y, por lo tanto, no todos los padres podrán explicar correctamente a sus hijos el motivo de este fenómeno.
Consideremos este tema desde un punto de vista científico.
El rango de longitudes de onda de la radiación electromagnética cubre casi todo el espectro de la radiación electromagnética, que también incluye la radiación visible para los humanos. La siguiente imagen muestra la dependencia de la intensidad de la radiación solar de la longitud de onda de esta radiación.
Al analizar esta imagen, podemos notar el hecho de que la radiación visible también se representa por intensidades desiguales para la radiación de diferentes longitudes de onda. Por tanto, el color violeta aporta una contribución relativamente pequeña a la radiación visible, y la mayor contribución la realizan los colores azul y verde.
¿Por qué el cielo es azul?
En primer lugar, esta pregunta surge del hecho de que el aire es un gas incoloro y no debería emitir luz azul. Evidentemente, la causa de tal radiación es nuestra estrella.
Como sabes, la luz blanca es en realidad una combinación de radiación de todos los colores del espectro visible. Utilizando un prisma, la luz se puede separar claramente en una gama completa de colores. Un efecto similar ocurre en el cielo después de la lluvia y forma un arco iris. Cuando la luz del sol ingresa a la atmósfera terrestre, comienza a dispersarse, es decir. la radiación cambia de dirección. Sin embargo, la peculiaridad de la composición del aire es tal que cuando la luz entra en él, la radiación de longitud de onda corta se dispersa con más fuerza que la radiación de onda larga. Así, teniendo en cuenta el espectro representado anteriormente, se puede ver que la luz roja y naranja prácticamente no cambiará su trayectoria al pasar por el aire, mientras que la radiación violeta y azul cambiará notablemente su dirección. Por esta razón, aparece en el aire una cierta luz de onda corta “errante”, que se dispersa constantemente en este entorno. Como resultado del fenómeno descrito, parece que la radiación de onda corta en el espectro visible (violeta, cian, índigo) parece emitirse desde todos los puntos del cielo.
El hecho bien conocido de la percepción de la radiación es que el ojo humano puede captar y ver la radiación sólo si entra directamente en el ojo. Luego, mirando al cielo, lo más probable es que veas sombras de esa radiación visible, cuya longitud de onda es la más corta, ya que es la que mejor se dispersa en el aire.
¿Por qué no ves un color claramente rojo cuando miras al Sol? En primer lugar, es poco probable que una persona pueda examinar detenidamente el Sol, ya que la radiación intensa puede dañar el órgano visual. En segundo lugar, a pesar de la existencia de un fenómeno como la dispersión de la luz en el aire, la mayor parte de la luz emitida por el Sol llega a la superficie de la Tierra sin dispersarse. Por tanto, todos los colores del espectro de radiación visible se combinan formando una luz con un color blanco más pronunciado.
Volvamos a la luz dispersada por el aire, cuyo color, como ya hemos determinado, debería tener la longitud de onda más corta. De la radiación visible, el violeta tiene la longitud de onda más corta, seguido del azul y el azul tiene una longitud de onda ligeramente más larga. Teniendo en cuenta la intensidad desigual de la radiación solar, queda claro que la contribución del color violeta es insignificante. Por tanto, la mayor contribución a la radiación dispersada por el aire proviene del azul, seguido del azul.
¿Por qué el atardecer es rojo?
En el caso de que el Sol se esconde detrás del horizonte, podemos observar la misma radiación de onda larga de color rojo anaranjado. En este caso, la luz del Sol debe recorrer una distancia notablemente mayor en la atmósfera terrestre antes de llegar al ojo del observador. En el punto donde la radiación solar comienza a interactuar con la atmósfera, los colores azul y azul son más pronunciados. Sin embargo, con la distancia, la radiación de onda corta pierde intensidad, ya que se dispersa significativamente a lo largo del camino. Mientras que la radiación de onda larga hace un excelente trabajo al cubrir distancias tan largas. Por eso el Sol es rojo al atardecer.
Como se mencionó anteriormente, aunque la radiación de onda larga se dispersa débilmente en el aire, todavía se produce dispersión. Por tanto, al estar en el horizonte, el Sol emite luz, de la que al observador sólo llega una radiación de tonos rojo-anaranjado, que tiene tiempo para disiparse en la atmósfera, formando la luz “errante” antes mencionada. Este último colorea el cielo con variados tonos de rojo y naranja.
¿Por qué las nubes son blancas?
Hablando de nubes, sabemos que están formadas por gotas microscópicas de líquido que dispersan la luz visible de manera casi uniforme, independientemente de la longitud de onda de la radiación. Luego, la luz dispersada, dirigida en todas direcciones desde la gota, se dispersa nuevamente sobre otras gotas. En este caso, se conserva la combinación de radiación de todas las longitudes de onda y las nubes "brillan" (reflejan) en blanco.
Si el tiempo está nublado, poca radiación solar llega a la superficie de la Tierra. En el caso de nubes grandes, o de un gran número de ellas, parte de la luz solar es absorbida, provocando que el cielo se oscurezca y adquiera un color gris.
Durante el día, el cielo despejado tiene su habitual color azul. Por la noche se vuelve negro. Pero durante el atardecer siempre se vuelve rojo brillante. ¿Por qué sucede esto, por qué el tono carmesí se extiende por los cielos? Quizás muchas personas hayan hecho esta pregunta repetidamente y, por lo tanto, tenga sentido darle una respuesta integral.
La puesta de sol está teñida por los rayos del sol poniente, esto es comprensible para muchos. ¿Pero por qué es rojo y no naranja u otro color?
Características del espectro de colores.
Antes de llegar a la superficie de la Tierra, donde la gente puede contemplarla, la luz del sol debe atravesar toda la envoltura de aire del planeta. La luz tiene un amplio espectro, en el que aún destacan los colores primarios y las tonalidades del arco iris. De este espectro, el rojo tiene la longitud de onda de luz más larga, mientras que el violeta tiene la más corta. Al atardecer, el disco solar rápidamente se vuelve rojo y se acerca al horizonte.
En este caso, la luz tiene que superar un espesor de aire cada vez mayor y parte de las ondas se pierden. Primero desaparece el violeta, luego el azul y el cian. Las ondas más largas de color rojo continúan penetrando la superficie de la Tierra hasta el último momento, por lo que el disco solar y el halo que lo rodea tienen tintes rojizos hasta el último momento.
Materiales relacionados:
¿Cómo se forman las nubes?
¿Por qué el cielo es azul durante el día?
Las ondas de luz largas pueden penetrar profundamente en la atmósfera porque casi no son absorbidas ni dispersadas por los aerosoles y suspensiones que circulan constantemente en la atmósfera del planeta. Cuando la estrella está más cerca del cenit, surge una situación diferente, que garantiza el azul del cielo. El azul tiene longitudes de onda más cortas que el rojo y se absorbe más. Pero su capacidad de dispersión es 4 veces mayor en comparación con el rojo.
Cuando el sol está en su cenit o cerca de él, el cielo siempre es azul. Esto se debe al hecho de que la capa de aire entre el planeta y la estrella en este momento es pequeña y las ondas azules y azules pasan libremente. Tienen una gran capacidad de difusión y, por lo tanto, ahogan con éxito otros colores y matices. Por tanto, este color domina el cielo durante casi todas las horas del día.
Durante muchos milenios, la luz del día ha servido fielmente como fuente de calor y luz para el hombre. Sin sus suaves rayos, toda la vida en la tierra no puede existir. Y, sin embargo, a veces este padre cariñoso se convierte en un padrastro malvado, lo que hace que los cuerpos de agua se sequen y los cultivos se quemen, condenando a personas y animales al hambre.
Es por eso que el sol en muchas culturas sirvió como objeto de culto devoto y al mismo tiempo de actitud cautelosa. Cualquier cambio que se produzca en la apariencia de esta luminaria siempre ha sido percibido por la gente como un signo de cambios inminentes: buenos o malos. Un aterrador eclipse solar se asoció con el fin del mundo, y la aparición del sol durante la lluvia predijo que alguien se ahogaría.
La luminaria inusualmente roja también tiene varios significados. La predicción más oscura es que si el disco solar permanece de este color durante mucho tiempo durante una sequía, se avecina un gran derramamiento de sangre. Sin embargo, todos los demás signos asociados con el tono rojo brillante de la luz del día están lejos de ser tan aterradores y advierten principalmente de un cambio en el tiempo.
Carmesí al atardecer
Al amanecer, vale la pena prestar atención no solo al color del disco solar, sino también a las circunstancias que lo acompañan.
- Si el sol rojo sale más allá del horizonte despejado, el día siguiente promete ser bueno. Pero la luminaria que desciende a las nubes profetiza mal tiempo: en invierno, tormenta de nieve y en verano, lluvia.
- La llegada del mal tiempo también se anuncia por el color del cielo del atardecer. Si el sol le da su tono carmesí incluso antes de esconderse tras el horizonte, en unas pocas horas se pueden esperar cambios climáticos desagradables. ¿El cielo se puso rojo después de que el disco desapareció del cielo? Las lluvias sólo volverán en un par de días.
- ¿Se observa una puesta de sol carmesí cuando los vientos “se arrastran” cerca del suelo? Debes prepararte para un largo período de tiempo ventoso e incluso una tormenta real.
- Si los rayos rojos del atardecer atraviesan las nubes en condiciones climáticas adversas, entonces no debe esperar una mejora inmediata. Sin embargo, la señal “funciona” sólo cuando este fenómeno se observa en el norte y en el sur. La misma iluminación escarlata de las nubes en el este y en el oeste promete el fin del mal tiempo.
- En verano, notamos que el sol proyecta reflejos rojos sólo en el lado norte del cielo. Las señales advierten que es muy probable que haya heladas por la mañana.
amanecer escarlata
- Muy a menudo, el color rojo de la luz del día ascendente indica el movimiento activo de masas de aire. Por tanto, es muy probable que este fenómeno prediga fuertes vientos.
- Otra señal advierte que si en verano el amanecer es rojo, entonces se deben esperar lluvias, y en invierno el mismo fenómeno promete fuertes heladas.
- Si el sol al amanecer tiñe todo el cielo de color carmesí, en un par de días llegará el mal tiempo. Notamos que se han agregado otros al tono rojo: prepárese para el mal tiempo pronto.
- En tiempo nublado, los rayos carmesí de la luz del día ascendente que atraviesa las nubes predicen que el mal tiempo no terminará pronto, pero durante el día seguramente lloverá (en verano) o nevará (en invierno).