¿Por qué el cielo es azul y el atardecer anaranjado?

El cielo es azul porque el aire que respiramos desvía la luz azul del Sol mucho más que la luz roja. No tiene nada que ver con el reflejo de los océanos, un mito antiguo que todavía se repite. La explicación está en un fenómeno llamado dispersión de Rayleigh, y el mismo mecanismo que vuelve azul el cielo al mediodía es el que convierte el atardecer en un espectáculo de naranjas y rojos.

La luz del Sol es una mezcla de colores

La luz solar parece blanca, pero es la suma de todos los colores del arcoíris. Cada color corresponde a una longitud de onda distinta: el violeta y el azul tienen ondas cortas, mientras que el naranja y el rojo tienen ondas largas. Al atravesar la atmósfera, esa luz se encuentra con innumerables moléculas de gas, sobre todo nitrógeno y oxígeno. Esas moléculas son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz visible, y ese detalle es justamente lo que decide el color del cielo.

Qué es la dispersión de Rayleigh

En 1871, el físico británico Lord Rayleigh publicó la descripción matemática de lo que ocurre cuando la luz encuentra partículas mucho más pequeñas que su longitud de onda (en general, con un radio de alrededor de una décima parte de la longitud de onda o menos). En ese caso, la luz se dispersa en todas direcciones, y la intensidad de esa dispersión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda.

En la práctica, pequeñas diferencias de longitud de onda se convierten en grandes diferencias de dispersión. Si la longitud de onda se reduce a la mitad, la dispersión se multiplica por 16. La tabla siguiente muestra valores aproximados calculados a partir de esa ley, tomando el rojo como referencia.

Cuando miramos cualquier punto del cielo lejos del Sol, lo que llega a nuestros ojos es esa luz desviada por las moléculas del aire. Como está dominada por los tonos de onda corta, todo el cielo se ve azul.

Si el violeta se dispersa más, ¿por qué el cielo no es violeta?

Según la tabla, el violeta debería ganar. No lo hace por una combinación de factores físicos y biológicos:

• La luz solar que nos llega contiene menos violeta que azul, así que hay menos violeta disponible para dispersarse.
• Nuestros ojos son mucho más sensibles al azul que al violeta, y el cerebro interpreta la mezcla resultante como azul claro.

Por qué el atardecer se vuelve naranja y rojo

Al mediodía, la luz del Sol recorre el camino más corto posible a través de la atmósfera. Poca luz se desvía en el trayecto, y el disco solar se ve blanco o ligeramente amarillo. Al amanecer y al atardecer la situación cambia: con el Sol cerca del horizonte, la luz debe atravesar una capa de aire mucho más gruesa antes de llegar a nosotros.

A lo largo de ese recorrido adicional, casi todo el azul se dispersa hacia los lados antes de alcanzar al observador. Lo que queda en el haz directo son los colores de onda larga, como el naranja y el rojo. El polvo, el humo, la sal marina y la contaminación pueden intensificar o modificar esos tonos, por eso algunos atardeceres son mucho más vivos que otros.

Otros detalles del cielo que explica la misma física

• Cerca del horizonte el cielo es más pálido: la luz atraviesa más aire, se dispersa muchas veces y los colores se mezclan hasta acercarse al blanco.
• Las nubes son blancas porque sus gotas de agua son demasiado grandes para la dispersión de Rayleigh y desvían todos los colores de forma parecida.
• En Marte, cuya atmósfera tiene menos del 1 % del espesor de la terrestre, el cielo diurno tiende al amarillento por el polvo en suspensión, y alrededor del Sol aparece un brillo azulado al atardecer.

En resumen: el cielo es azul porque las moléculas del aire dispersan con mucha más fuerza la luz de onda corta, y el atardecer es naranja porque, al final del día, ese azul ya se desvió antes de llegar hasta nosotros. La próxima vez que veas el cielo cambiar de color a lo largo del día, recuerda que estás viendo la misma ley física en acción, solo que con la luz atravesando cantidades distintas de atmósfera.