Rojo y azul

Viendo estos posts de mis amigos Jonas y Trapspringer no deja de maravillarme la belleza de los amaneceres.

¿Por qué ese rojo?, pues bien, los amanaeceres son rojos porque el cielo es azul.

Efectivamente, hoy, segunda parte del curso práctico de óptica. Aunque no creo que este tenga tanto éxito como el que tuvo las camisetas mojadas, traducido a varios idiomas (en serio).

Como la mayor parte de esta vida, todo es debido a las vibraciones. Las moléculas del aire tienen una resonancia cerca del ultravioleta que hace que el índice de refracción sea mayor para esas frecuencias.
Cuando la luz se encuentra una partícula grande (comparada con su longitud de onda) los fenómenos físicos son los que ocurrían con las fibras de las camisetas.

Cuando la partícula es pequeña el fenómeno es el de esparcimiento de Rayleigh. Estas partículas, absorben parte de la energía incidente que hace oscilar la corteza atómica. Estas oscilaciones acabarán por radiar de nuevo la energía absorbida pero en cualquier dirección.
La sección eficaz del átomo aumenta si la frecuencia de la luz está próxima a una resonancia, ocurriendo en mayor medida.

Por tanto, la luz en su avance por la atmosfera irá perdiendo frecuencias cercanas al ultravioleta, esparcidas en todas direcciones. Esas componentes son las que podemos ver (los rayos siguen su camino y no llegan a nuestros ojos). Por otra parte, en los amaneceres, vemos directamente los rayos que vienen del sol que, como han perdido las tonalidades azules, se ven rojizos.

Entonces, ¿por qué no vemos el cielo violeta?, porque la luz solar contiene más luz azul que violeta y porque el ojo humano es más sensible a la luz azul que a la violeta.

En las capas medias de la atmósfera la densidad ya es tal que no se produce el esparcimiento de Rayleigh y hay algo más que contribuye a que el cielo sea azul. Lo que sucede es que en estas capas hay fluctuaciones de densidad que cambian rápidamente produciendo zonas con muchas moléculas y zonas con pocas que esparcen de forma similar la luz que las atraviesa.

Por último añadir, tal cual aparece en muchos sitios, que a veces pueden aparecer coloraciones especiales como por ejemplo tras la erupción de un volcán. Siempre aparece el ejemplo del volcán Krakatoa (1883):

La erupción lanzó a los aires un volumen de masas rocosas de la pequeña Isla de Krakatoa (situada en el Estrecho de la Sonda, entre Sumatra y Java) que se estima en unos 18 km3. Trozos de roca del tamaño de una cabeza humana salieron despedidos hacia lo alto con velocidades iniciales de 600 a 1000 m/s, y el estruendo de la explosión se dejó oír en Rodríguez (Isla de Madagascar) a 4774 kilómetros de distancia. El cielo permaneció oscuro durante varios días. Las partículas mas finas de ceniza volcánica expulsadas por el volcán se esparcieron hasta los 80 km de altura, fueron arrastradas por las corrientes atmosféricas elevadas y dieron la vuelta a la Tierra por dos veces. Se produjeron en el aire fantásticos fenómenos cromáticos que continuaban aun meses después del cataclismo; entre otros, se observaron asombrosas coloraciones durante las salidas y puestas de sol y se vieron soles de todos los colores, entre ellos rojo-cobre y verde. También se vieron soles de color azul, como pueden asimismo verse en raras ocasiones en Europa, cuando en el Canadá, por ejemplo, se produce un gran incendio forestal y los vientos del Oeste arrastran hasta nuestro Continente partículas de ceniza finísimas.

Espero, como siempre, que ahora veais con otros ojos esos magníficos amaneceres.


Link de hoy: experimenta lo aprendido (pdf).