Perché il cielo è blu?
Il cielo è blu e il tramonto è rosso. Perché?
La domanda “perché il cielo è blu” è più che lecita, d’altronde guardando la natura c’è proprio tanto da scoprire, ma iniziamo scoprendo il perché il cielo è blu o azzurro.
Come il Manzoni si ispirò alla splendida tonalità dell’azzurro nel descrivere il cielo dei Promessi Sposi, o più recentemente a Manzoni anche i Pooh con la canzone “il cielo è blu sopra le nuvole”. Molti scrittori, poeti hanno menzionato il colore del cielo nelle loro opere, a prescindere che siano libri, poesie o canzoni.
Ma torniamo alla domanda: Perché il cielo è blu?
Conosciamo tutti il fatto che il cielo appare azzurro, ma la logica scientifica alla base di questo fenomeno è tutt’altro che semplice. È causata dall’interazione della luce solare con le particelle presenti nell’atmosfera, un processo noto come diffusione.
Questo fenomeno non spiega solo il colore blu del cielo, ma anche la tonalità rossa che assume durante i tramonti e la tinta bluastra dell’orizzonte, che tende a sfumare nel bianco.
Le tonalità del cielo possono essere attribuite all’interazione tra i raggi del sole e le molecole dell’atmosfera. È risaputo che il cielo appare blu durante le ore diurne, ma può assumere anche una tonalità rossa quando il sole tramonta, o un azzurro progressivamente più pallido man mano che si guarda verso l’orizzonte. Indagare sulle ragioni che stanno dietro i vari cambiamenti di colore del cielo può essere un compito che lascia perplessi.
Perché il cielo è blu e il tramonto e rosso?
Qual è la spiegazione per cui il cielo appare blu e perché il Sole assume una tonalità rossa durante il tramonto? È ampiamente riconosciuto che la luce emanata dal Sole è un insieme di onde elettromagnetiche con diverse lunghezze d’onda.
Queste lunghezze d’onda vanno da 380 nm, che percepiamo come viola, a 720 nm, che appare rosso. Tra queste due estremità dello spettro, le onde creano colori come il blu, il verde, il giallo e l’arancione.
Dopo aver viaggiato attraverso lo spazio, un raggio solare arriva finalmente sulla Terra e interagisce con la sua atmosfera composta per il 78% da azoto e per il 21% da ossigeno, l’atmosfera contiene in forma di vapore anche argon, acqua in diversi stati e particelle solide come cenere vulcanica, polveri e sale marino
L’impatto tra luce e atmosfera varia a seconda della lunghezza d’onda della radiazione e della dimensione degli oggetti che colpisce.
Quando si tratta di particelle di polvere e gocce d’acqua, la loro dimensione è significativamente maggiore della lunghezza d’onda, di conseguenza, la luce viene riflessa equamente in tutte le direzioni, indipendentemente dalla sua lunghezza d’onda.
La dimensione delle molecole di gas è notevolmente più piccola e il comportamento della luce cambia in base alla sua lunghezza d’onda. La luce rossa, che ha una lunghezza d’onda maggiore, può “ignorare” le particelle più piccole e avanzare senza ostacoli continuando la sua propagazione senza deviazioni.
Al contrario, la luce blu con la sua inferiore lunghezza d’onda interagisce con l’atmosfera e viene riflessa in tutte le direzioni a causa della presenza di molecole. Le scoperte di Einstein del 1911 rivelano che la causa della diffusione erano proprio le molecole e non la polvere sospesa, contrariamente alla credenza popolare.
Lord John Rayleigh fisico inglese, fu il primo fisico a descrivere lo “Rayleigh scattering” differenziale dipendente dalla lunghezza d’onda. Questo fenomeno provoca la dispersione di una maggiore quantità di luce blu rispetto alla luce rossa, con la quantità di luce diffusa che è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda.
Di conseguenza, la luce blu viene diffusa più della luce rossa. La risposta alla domanda iniziale “perché il cielo è blu” si trova nel fenomeno dello scattering di Rayleigh.
Quando la radiazione viaggia attraverso l’atmosfera, le lunghezze d’onda maggiori tendono a persistere nella loro direzione originale. I colori della luce compresi tra il rosso e il giallo sono difficilmente influenzati dalla presenza dell’aria.
Il fenomeno della luce blu
Il fenomeno della diffusione della luce blu è caratterizzato dal modo in cui questa si disperde in tutte le direzioni. E quindi, perché il cielo è blu? Di conseguenza, quando osserviamo il cielo da qualsiasi angolazione, parte di questa luce entrerà inevitabilmente nel nostro campo visivo, ed è questo che conferisce al cielo la sua caratteristica tonalità blu.
La tonalità del cielo è molto più chiara vicino all’orizzonte. La ragione di ciò è che la luce proveniente da questa direzione deve attraversare più aria e viene diffusa maggiormente, con il risultato che una minore quantità di luce blu ci raggiunge.
Il motivo per cui le nuvole e la nebbia tendono ad apparire bianche è dovuto al fatto che sono costituite da particelle più grandi della lunghezza d’onda della radiazione visibile. Queste particelle hanno la capacità di disperdere tutti i colori equamente. Tuttavia, ci sono alcune circostanze in cui nell’atmosfera possono essere presenti particelle più piccole.
Alcune montagne sono rinomate per le loro caratteristiche foschie blu, come Les Vosges in Francia. La causa di questo fenomeno è il rilascio di aerosol terpenici dalla vegetazione, che reagiscono con l’ozono presente nell’atmosfera, dando luogo alla creazione di minuscole particelle di circa 200 nanometri di dimensione che diffondono facilmente la luce blu.
Talvolta, a causa di un incendio boschivo o di un’eruzione vulcanica, l’atmosfera può riempirsi di particelle piccole fino a 500-800 nm. Queste piccole particelle hanno la capacità di disperdere la luce rossa, producendo un effetto contrario alla norma.
Il raggio incidente che cade sulla superficie della Luna disperde la luce rossa, provocando un raro evento in cui in alcuni casi la Luna sembra avere una tonalità blu. Questo fenomeno viene spesso utilizzato come esempio di evento raro nella lingua inglese con l’espressione “once in a blue moon”, che è l’equivalente della frase “una volta ogni morte del papa” nella nostra lingua.
Se ci trovassimo sulla superficie della Luna, noteremmo che il cielo appare nero perché non c’è atmosfera che diffonda la luce. Il Sole, invece, apparirebbe bianco. Tuttavia, sulla Terra, lo scattering di Rayleigh fa sì che i raggi diretti del Sole rimuovano parte della componente blu della luce, facendo sì che il Sole appaia giallo ai nostri occhi.
Nel 1977, le sonde Viking e di Pathfinder trasmisero immagini che rivelarono l’aspetto rosso del cielo di Marte. La causa di questa tonalità è la polvere che abbonda di ossido di ferro, facendole assumere una tonalità rossa. Queste particelle vengono agitate durante le tempeste che si verificano sul pianeta Marte, guadagnandosi il soprannome di “pianeta rosso”.
La tonalità del cielo su Marte dipende dallo stato dell’atmosfera. Quando non ci sono temporali recenti il cielo appare blu, tuttavia è notevolmente più scuro rispetto al cielo terrestre a causa della minore quantità di atmosfera.
Fonte: INAF Istituto Nazionale di Astrofisica