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miércoles, agosto 24, 2005

El color del cielo

El envío de ayer tocó un poco el tema del color rojo del sol en el atardecer y el amanecer. Un comentario de Ricardo me ha recordado que por norma general, hay confusión sobre el porqué del color del cielo. Una de las preguntas que todo niño hace en su etapa de preguntar el porqué de todo, es precisamente "¿por qué el cielo es azul?".

Diagrama explicativo de la dispersión de la luzEl motivo es un fenómeno físico llamado dispersión. Cuando la luz atraviesa un medio transparente, algunos fotones "chocan" contra partículas y son desviados de su trayectoria. Parte de la luz se "dispersa". Cuanto más cantidad de ese medio atraviesa, más se dispersa. Este fenómeno es mucho más apreciable en gases, y nuestra atmósfera no es ninguna excepción.

La luz del sol es blanca (aunque en realidad, el propio sol es amarillo). Eso quiere decir que está compuesta por todos los colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta). Cada color corresponde a un intervalo de frecuencias diferente, o lo que es lo mismo, a longitudes de onda diferentes. Para hacernos una idea del tamaño de las longitudes de onda, el violeta está entre los 380 nm y 430 nm, mientras que el rojo está entre los 625 nm y 740 nm (un nanómetro, abreviado nm, es la millonésima parte de un milímetro).

La dispersión de la luz depende de la relación entre la longitud de onda de la luz y el tamaño de las partículas. Si las partículas son mayores que la longitud de onda, la dispersión es independiente de ésta, y se rige por la teoría de Mie. Todas las longitudes de onda sufren la misma dispersión, o traducido al cristiano, afecta a todos los colores por igual. Además, la dispersión ocurre preferentemente en una dirección no muy desviada de la original. Es decir, la mayoría de fotones que se dispersen, se desviarán solo un poco. Esto es lo que ocurre con las nubes o nieblas. Las microscópicas gotas de agua que las forman, son mayores que la longitud de onda de la luz visible, y por eso son blancas (o grises), ya que todos los colores de la luz que las atraviesan, se dispersan por igual.

Si las partículas son menores que la longitud de onda, entonces la dispersión depende de la misma, siendo mayor a longitudes de onda menores. Ésta es la llamada dispersión de Rayleigh. En este caso, se puede calcular el coeficiente de dispersión mediante una sencilla fórmula, en la que dicho coeficiente es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, por lo que una pequeña variación de la misma puede suponer una gran variación en el coeficiente.

Esto es lo que ocurre en el cielo. La luz azul se dispersa mucho más en nuestra atmósfera que el resto de colores (salvo el violeta). Esto quiere decir que una parte de los fotones correspondientes al azul, no nos llegan directamente desde el sol, sino después de haber rebotado por la atmósfera. Si miramos un punto cualquiera del cielo, nuestros ojos reciben fotones correspondientes a la longitud de onda del azul, que al atravesar la atmósfera han rebotado varias veces, hasta llegar a nosotros. El resto de colores apenas se dispersa, por lo que únicamente los recibimos directamente del sol.

Ese es el motivo, no solo de que el cielo sea azul, sino de que el azul es más intenso cuanto más lejos del sol miramos, ya que a medida que nuestra mirada se acerca al sol, recibimos más cantidad del resto de colores.

Pero el cielo cerca del horizonte también es más pálido, pensaréis algunos. Cierto, pero eso es debido a la luz reflejada por la misma superficie de la tierra.

¿Y qué pasa durante la puesta de sol? Como ya dije en mi anterior envío, cuando el sol está cerca del horizonte, la luz tiene que atravesar una mayor cantidad de atmósfera que cuando está alto en el cielo. La dispersión aumenta, y ya no sólo la dispersión de la luz azul es apreciable, sino la del resto de colores también. El rojo es el color con longitud de onda más baja alta, por lo que apenas sufre dispersión. Al ser el único color que nos llega directamente del sol, lo vemos rojo. El naranja y amarillo sí se dispersan, y por eso, el cielo que rodea el sol es de esos colores. El verde se dispersa más, y aunque no se puede apreciar en todas las puestas de sol, aquellos con suerte y buena vista podrán distinguir a veces un tenue color verde separando las zonas amarillentas y azuladas de cielo. El azul y violeta de dispersan mucho más, y lejos del sol, podemos ver aún algo de estos colores.

Y entonces surge la pregunta, si la dispersión aumenta con la inversa de la longitud de onda, y el violeta es el color con menor longitud de onda, ¿por qué demonios el cielo es azul y no violeta? Bueno, eso es otra historia, y es debida a nuestra propia fisiología. Nuestros ojos tienen receptores para ver básicamente tres colores: rojo, verde y azul. El resto de colores los vemos como combinación de estos tres. De hecho, si miráis muy de cerca una televisión o un monitor de ordenador (de tubo de rayos, no valen las de plasma), veréis puntitos únicamente de esos tres colores. Los que hayan utilizado alguna vez algún programa de diseño gráfico o retoque fotográfico, o simplemente les guste el diseño web, sabrán que todos los colores se obtienen como mezcla de rojo, verde y azul. Se trata del famoso RGB (Red Green Blue). Esto hace que haya colores que veamos mejor que otros. Concretamente, nuestra sensibilidad al color azul es muchísimo mayor que al violeta.

Esta forma de percibir los colores, unido al hecho de que el violeta, tal vez se disperse demasiado para que nos llegue con suficiente intensidad, hace que veamos el cielo azul, y no violeta.

34 comentarios:

  1. Gracias nuevamente, Alf, por la abundante información que me hace menos ignorante sobre la dispersión de Rayleigh.
    Se te ha escapado un errorcito involuntario. 1 nm es una millonésima de milímetro, no milésima, pero esto ya lo sabes.

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  2. Bueno, nuestros ojos tambien pueden ver el ultravioleta, pero el cristalino la filtra (es dañina).

    Hace tiempo, el método para curarle a uno las cataratas era extraer el cristalino. Hoy en día el método es menos salvaje, pero el caso es que ahora quedamos un montón de gente que vemos ultravioleta.

    Todo esto lo descubrí con el tiempo. Cuando era pequeño, simplemente no sabía porque veía más violeta con un ojo que con otro.

    Si a alguien le da curiosidad, el ultravioleta se ve como un violeta claro. Se parece mucho al color lila.

    De todos modos, no es ningún regalo. Una exposición prolongada al ultravioleta (luces negras, por ejemplo) es dolorosa (además de que marea bastante).

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  3. >>1 nm es una millonésima de milímetro, no milésima

    Cierto. La milésima parte de un milímetro es un micrómetro o micra. Vaya despiste. Afortunadamente ya está corregido.

    Curioso lo de Sildur y su visión ultravioleta. Por lo que cuentas, parece que te operaron de un sólo ojo. ¿Cómo se ven las cosas de diferentes en los pubs donde les gusta utilizar luz negra?

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  4. vale muy bien, las nubes son blancas o grises por la dispersión, pero... ¿a qué huelen las nubes?

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  7. Alucina, vecina, SPAM incluso en los comentarios de los blogs...

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  11. Un apunte, en realidad los monitores de plasma no son más que una combinación de las tecnologias utilizadas en los monitores de tubo (CRT) y las utilizadas en los de cristal líquido (LCD), en ambas se pueden distinguir los componentes RGB que forman cada píxel y supongo que en un monitor de plasma también se podrá.

    En google he encontrado un buen
    artículo sobre el funcionamiento de los monitores de plasma (pdf).

    Un saludo, me encanta este blog!

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  12. Cinco comentarios SPAM en cinco minutos. No está nada mal :-(

    A la basura han ido.

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  13. >>> se pueden distinguir los componentes RGB que forman cada píxel y supongo que en un monitor de plasma también se podrá.

    Yo lo he intentado y no he sido capaz, por eso he mencionado los monitores de tubos.

    Supongo que, o bien los puntos son demasiado pequeños, o bien los tres colores están superpuestos, uno encima de otro.

    El artículo parece interesante. A lo mejor cuando termine de leerlo, sabré por qué no puedo ver los puntitos de colores :-)

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  14. Yo también estoy operado de cataratas en un solo ojo, pero en los 6 meses que han pasado desde la operación no me dí cuenta de ningún cambio en la visión de los colores. Trataré de prestar atención...

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  15. Bueno, Sildur ha dicho que ahora ya no se extirpa el cristalino.

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  16. Sobre la operación de cataratas: Antes extirpaban el cristalino y te dejaban sin nada, esto es seguramente lo que sildur ha querido decir. Ahora el cristalino es reemplazado por una prótesis, una pequeña lente hecha en un material transparente (no sé cual es). Pero el cristalino sigue siendo extirpado y eso es lo que me han hecho a mí.

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  17. Más sobre la cirugía de cataratas:

    http://www.clinicareinoso.com/info/catarata.htm

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  18. Yo tenía entendido que hoy día se extraía el líquido interior del cristalino y se reemplazaba por suero o algo similar.

    Aunque quién sabe. Quizá originalmente se hacía la extracción a secas, como a mí. Posteriormente se reemplazaba el líquido interior y más tarde se pasó a reemplazar todo el cristalino.

    Recuerdo que cuando era pequeño, me informé sobre como andaba el asunto de las operaciones para curar miopía. Era antes del método láser, claro. Resulta que hacían una serie de incisiones a la cornea, concéntricas. Y la tasa de éxito era del 60%. Tras saber eso se me quitaron las ganas :)

    Cuando un sitio usa luz negra yo veo, con un ojo, como ve todo el mundo y con otro, todo mucho mas iluminado, con una luz violeta claro. En esas condiciones es desagradable ver, pues la diferencia de iluminación y color entre las dos imágenes marea un poco. Además al cabo de unos minutos empieza a dolerme el ojo que no tiene cristalino.

    Es gracioso en ciertas circunstancias, como en las tiendas, donde veo el detector de billetes falsos desde bastante distancia. Y con algunos colores es curioso; determinados marrones se ven violetas a la luz del día. Algunos vasos y platos de cristal marrón también tienen un reflejo violeta.

    De momento es una cosa curiosa, en conjunto, salvo por las veces que voy a sitios con luz negra. Lo que me preocupa un poco es si esa exposición al ultravioleta puede dañarme la vista, en un futuro.

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  19. sildur: Es posible que la prótesis que me han puesto sea también opaca a la luz ultravioleta, como el cristalino. Mi cirugía es relativamente reciente y no he estado en sitios con luz negra, tal vez por eso no he notado la diferencia entre un ojo y otro. Cuando vaya al oftalmólogo, lo consultaré.

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  20. Otras fuentes de ultravioleta son las lámparas antimosquito (las buenas), los detectores de billetes falsos y el mismo sol. Algunas cosas de color marrón oscuro también reflejan ultravioleta a la luz del sol.

    Hombre, lo normal es que tu prótesis también filtrase el ultravioleta. Es una radiación dañina. Pero a saber...

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  21. Qué curioso lo que cuentas, sildur, no tenía ni idea.

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  22. Con respecto a la cirugía para "curar" la miopía, os puedo informar de los últimos métodos.

    Sildur hace referencia al primer sistema que hubo: la queratotomía radial.

    Después se pasó a "tallar" una lente convexa directamente sobre la córnea con láser, pero también daba algunos problemas.

    El método que se usa actualmente consiste el levantar una pequeña capa de piel de la córnea, dejando una especie de bisagra, tallar la lente en la córnea y volver a colocar la piel levantada en su sitio. Este método tiene un índice de éxito muy alto, pero está limitado a miopías inferiores a 10 dioptrías (más o menos y dependiendo de la persona).
    Para graduaciones superiores a 10 dioptrías hay otro método, implantar una lente intraocular (flexible) justo entre cristalino y córnea a través de un corte justo en la base de la córnea que suele ser de unos 2 mm. El riesgo de este método consiste en que basta con que se presione ligeramente el crstalino para que, a la larga, se produzca una catarata.

    Desde luego, estos métodos no tienen nada que ver con la carnicería que era la queratotomía radial. Su índice de éxito es muy bueno y es como casi todo: es preferible gastarse un poco más y que lo hagan profesionales de los buenos.

    Las cataratas ahora se operan como a Ricardo, con una lente que sustituye al cristalino, con las mismas propiedades de éste. Incluso si la persona operada tenía miopía o hipermetropía, la lente nueva corregirá este defecto.

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  23. Leyendo el artículo me acordé de la novela de Verne de El rayo verde... ¿existe el rayo verde?

    saludos y felicidades por este blog

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  24. Pues sí, existe, pero es un fenómeno bastante raro. Yo nunca he podido verlo. En la entrada de la Wikipedia, se puede ver incluso una foto.

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  25. Un nanómetro es la milésima parte de un milimetro, o millonésima parte de un metro, cómo te atreves a escribir de esto?? si ni siquiera dominas el tema

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  26. Eso que dices es un micrómetro, o micra.

    Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro, o la millonésima parte de un milímetro, o la milésima parte de una micra.

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  27. muy interesante el blog y la info!

    te felicito alf

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  28. Jajaja Una de las preguntas favoritas de examen del profesor de Física II (Electromagnetismo y Optica) de la UCA es precisamente "Por qué el cielo es azul?"

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  29. Creo que hay un lapsus en el texto, o yo no lo0 he entendido bien. Hay un momento que comentas

    El rojo es el color con longitud de onda más baja.

    No es todo lo contrario?

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  30. Tienes razón, ha sido un lapsus, que ya he corregido. Estoy acostumbrado a pensar en términos de frecuencia, y me despisté :-/

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  31. me ha gustado mucho el blog, asi que continuaré siguiendolo... y asi aprendere un poquillo de "malaciencia"... q me hace falta...!!!

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  32. Me ha parecido muy curioso el hecho de que la gente sin cristalino sea sensible a parte del UV. He encontrado un artículo al respecto (en inglés) que me ha resultado interesante y quiero compartir con vosotros, además cuenta una posible anécdota sobre Monet:
    http://www.guardian.co.uk/science/2002/may/30/medicalscience.research

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  33. La ley de Beer-Lambert tambien ayuda en la cuantificacion del color del cielo. Se usan apartos tal como los colorímetros para investigar y asegurar los datos que vienen de la dispercion de rayos. Saludos.

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  34. porque la luz roja se dispersa menos...

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