Por qué el cielo es azul: la dispersión de Rayleigh explicada
Tras el azul del cielo, se esconde una de las historias más fascinantes de la física. ¿Por qué azul? La respuesta está en fotones, longitudes de onda y poesía hecha ciencia.
A veces, basta con mirar hacia arriba para llenarse de preguntas. Hay tanto que entender en lo que nos cubre, y a la vez, está ese algo que calma y abriga en el azul infinito de un cielo despejado. Pero, ¿por qué azul y no verde, violeta o transparente? La pregunta parece infantil, pero encierra siglos de observación, curiosidad y un toque muy suyo de poesía.
Creo que es profundamente humano intentar descifrar el color en lo que nos rodea. Y durante siglos, el cielo fue una incógnita de azul. Unos pensaban que se trataba del reflejo del mar, otros creían que era un manto divino o la cúpula de cristal del firmamento. Pero no fue hasta el siglo XIX cuando la ciencia encontró una respuesta tan elegante como el fenómeno mismo.
¿El responsable? John William Strutt, Lord Rayleigh, un físico británico que estudió cómo se propaga la luz en la atmósfera. Galardonado con el Premio Nobel de Física en 1904, Lord Rayleigh estudió la luz, el color, el sonido, la electricidad, los gases nobles, las vibraciones de los gases, los sólidos elásticos y descubrió el argón, entre mucho más.
Derivado de sus investigaciones y experimentos, Lord Rayleigh fue el primero en explicar que el color del cielo es el resultado de una danza entre la luz del Sol y pequeñas partículas en la atmósfera de nuestro planeta. Así, de sus experimentos con aire y luz, nació una de las explicaciones más bellas, y más presentes, de la física: la dispersión de Rayleigh.
Pero, ¿qué es la dispersión de la luz? ¿Cómo ocurre? Y, al fin y al cabo, ¿por qué azul? Bueno, vamos por partes.
De todos los colores al mismo tiempo
Todo empieza con el Sol. Ese que por costumbre siempre pintamos de amarillo, pero resulta que, en realidad, la luz solar es “blanca”. Bueno, solo en apariencia. La luz del Sol parece blanca cuando la vemos directamente o reflejada en superficies neutras, porque nuestros ojos perciben en ella la combinación equilibrada de todos los colores del espectro visible.
Sin embargo, si hacemos pasar un rayo solar por un prisma, este se separa en una gama de colores: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. Esa descomposición la demostró Sir. Isaac Newton en el siglo XVII y es la base de la dispersión cromática: la luz blanca es el resultado de mezclar todas las longitudes de onda visibles, es la "suma" de todos los colores.
De hecho, el Sol emite más intensidad en la zona verde-amarilla del espectro, supongo que de ahí viene el "amarillo como el Sol". Pero la atmósfera y la sensibilidad de nuestros ojos equilibran la percepción real hacia el blanco. Por eso, cuando hablamos de “luz blanca”, estamos hablando de una luz equilibrada en colores, no de un tono específico o puro como el de una bombilla blanca.
Esta luz viaja como ondas que vibran diferente según los colores. Como las olas en el mar, cada onda combina subidas (crestas) y bajadas. La distancia entre dos crestas consecutivas se llama longitud de onda. Las ondas largas (como el rojo) tienen sus crestas más separadas y vibran despacio. Las ondas cortas (como el azul o el violeta) vibran más rápido, porque sus crestas están más juntas.
El azul que no viene del mar
Pero antes de llegar al azul, presentemos a los fotones. Los fotones son las partículas que componen la luz. Imagínalos como pequeños paquetes de energía que viajan a la velocidad de la luz. Y que para cada longitud de onda, cargan distinta energía. Por ejemplo: los azules y violetas tienen más energía por fotón, porque vibran más rápido.
Cuando la luz del Sol entra en la atmósfera, los fotones chocan con moléculas de nitrógeno y oxígeno y diminutas partículas en suspensión. Cada fotón, según su color (o longitud de onda), choca y se desvía de forma distinta (se dispersa).
Las ondas más cortas —como el azul y el violeta— se dispersan con mayor facilidad, porque interactúan con mayor eficacia con las moléculas del aire.
Y así, los colores con longitudes de onda cortas se dispersan más fácilmente, pero nuestros ojos son más sensibles al azul que al violeta, y parte de la luz violeta se absorbe en las capas altas de la atmósfera. ¿El resultado? Un cielo teñido de azul infinito, cual pintura impresionista que cambia con cada hora del día.
Porque el cielo no siempre es azul, y eso también tiene su magia y su ciencia.
Cuando el Sol está en lo alto, su luz atraviesa poca atmósfera, y el azul se impone. Pero al amanecer o al atardecer, la luz debe viajar más, por lo que los tonos azules y violetas ya se dispersaron lejos, y los que logran llegar son los rojos y anaranjados.
A veces, el cielo se vuelve blanco o gris, porque el aire está cargado de polvo, gotas o contaminación. Cuando hay demasiadas partículas en la atmósfera, la luz se dispersa en todas las direcciones sin distinguir colores, y el azul se diluye en su velo opaco. Incluso la altura importa: desde un avión, el azul puede verse más oscuro, porque allá arriba el aire es más limpio y la luz se dispersa menos.
En fin, que la magia del cielo es que su azul siempre está cambiando. Y quizás no haya metáfora más bella que esa: la de una luz blanca que, al dispersarse, revela todos sus colores… igual que el conocimiento, cuando se comparte. Solo depende de qué tan lejos llegue, y de desde dónde —y cuándo— te animes a mirar hacia arriba.