Luz IV. El color, de la atmósfera y del mar.

La luz es una forma de energía que se transmite mediante ondas. 

"A diferencia del sonido, que también viaja en forma de ondas pero que necesita de un medio material (aire, agua, sólidos) para transmitirse, la luz es una onda electro-magnética que puede viajar en el vacío o en medios transparentes (como el aire y el agua)".

La luz del Sol está compuesta de infinidad de ondas de diferentes longitudes. Nuestros ojos pueden ver un cierto rango de longitudes de onda, que corresponden a distintos colores: desde el rojo (longitud de onda más larga), pasando por anaranjado, amarillo, verde y azul, al violeta (la longitud de onda más corta que podemos ver). Para tener una idea, al color verde corresponde una longitud de onda de unas cinco diezmillonésimas de milímetro.

La atmósfera terrestre es una mezcla de moléculas gaseosas (78% nitrógeno, 21% oxígeno, 1% argón y vapor de agua, trazas de otros gases); hay también en suspensión partículas de polvo, cristales de hielo, cenizas, etc.

La atmósfera es más densa cerca de la superficie terrestre y está constituida por infinidad de pequeñas gotas de agua que provocan el fenómeno de la refracción en la luz del Sol, igual que hace un prisma de vidrio.

Los rayos violeta y azul son los que sufren la mayor dispersión con respecto al rayo blanco proveniente del Sol, mientras que los rayos rojo y amarillo son los que casi no sufren esta dispersión. Por ello el color con el que vemos el Sol es amarillo, al no haberse desviado apenas de su dirección, mientras que el resto del cielo es azul, al ser luz difusa que ha llegado a nuestros ojos rebotada en infinidad de gotas de agua. (La utilización de los faros antiniebla amarillos se basa en el hecho de que la difusión de este color en la niebla es menor que la de los demás colores).

El por qué de que el cielo no se vea de color violeta se debe a dos razones fundamentalmente. A que la luz solar contiene más luz azul que luz violeta, y a que el ojo humano (que en definitiva es el que capta las imágenes -aunque el cerebro las interprete) es más sensible a la luz azul que a la violeta. 

Así mismo, el color del sol es amarillo-rojizo, y no blanco, porque si a la luz blanca procedente del Sol (que es suma de todos los colores) se le quita el color azul, se obtiene una luz de color amarillo-rojiza.

Desde la superficie terrestre y durante los días despejados, observamos que el color del cielo es el azul. Pero, si tuviéramos la oportunidad de visitar la superficie de algún otro planeta no observaríamos el mismo color.

En órbita, fuera de la atmósfera terrestre, o desde la Luna, el Sol se ve blanco y el cielo negro. Al no haber moléculas que dispersen la luz, todas las longitudes de onda de la luz solar nos llegan por igual y el Sol se ve blanco. Y el cielo se ve negro porque no hay nada que disperse la luz.

Neptuno

En general, el color del cielo que se observa desde la superficie de cualquier planeta depende de la composición de su atmósfera. Si el planeta no tiene atmósfera, el cielo se verá negro aunque el Sol este iluminando su superficie. Esto ocurre, por ejemplo, en Mercurio y en la Luna.

 En planetas con atmósfera, el color del cielo que se observa desde su superficie varía. Por ejemplo, en la superficie de los planetas Marte y Venus, debido a que su atmósfera esta compuesta en mas de 90% por bióxido de Carbono, apreciaríamos un cielo rojo. En Neptuno, debido a que su atmósfera es de metano, observaríamos desde su superficie un cielo verde.

En el vacío, la luz viaja en línea recta y sin nada que la perturbe. Al penetrar en la atmósfera, la luz puede incidir sobre un grano de polvo o en una molécula. En cada uno de estos casos pasan cosas distintas: Los granos de polvo y las gotitas de agua son de tamaño mucho mayor que la longitud de onda de la luz visible, por lo tanto actúan como "espejos" que reflejan la luz incidente en diferentes direcciones, sin cambiarle el color. La moléculas son más chicas que la longitud de onda de la luz visible. Cuando una onda luminosa choca con una molécula, ésta puede absorber la luz, y luego la emite en cualquier otra dirección. Este fenómeno se llama dispersión. Pero las moléculas son mucho más eficientes para dispersar la luz de longitud de onda corta (azul) que la luz de longitud de onda larga (rojo). Este proceso fue estudiado por el físico Lord John Rayleigh hacia 1870, por eso se lo conoce como "dispersión Rayleigh".

El color azul del cielo se debe a la dispersión Rayleigh. Cuando la luz del Sol atraviesa la atmósfera para llegar hasta nosotros, la mayor parte de la luz roja, anaranjada y amarilla (longitudes de onda largas) pasa sin ser casi afectada. Sin embargo, buena parte de la luz de longitudes de onda más cortas es dispersada por las moléculas gaseosas del aire. A cualquier parte del cielo que miremos, estaremos viendo algo de esa luz dispersada, que es azul, y por eso el cielo es de ese color. En cambio, la luz que nos llega directamente del Sol perdió parte de su color azul, por eso el Sol se ve amarillento.

Al mirar hacia un punto más cercano al horizonte, el cielo se ve de un color azul más pálido. Esto se debe a que, para llegar hasta nosotros, la luz del cielo debe en este caso atravesar una mayor cantidad de aire, y por lo tanto vuelve a ser dispersada. La luz que nos llega del cielo cercano al horizonte habrá entonces perdido parte de su color azul y se verá pálida o blanquecina.

El cielo, alrededor del sol poniente, puede tomar colores muy variados. Cuando el aire contiene gran cantidad de partículas de polvo o gotitas de agua, éstas reflejan luz blanca en todas direcciones. Sobre esta luz actúa la dispersión Rayleigh, eliminando las longitudes de onda más cortas. Por eso el cielo se ve rojizo.

En el ocaso y en el amanecer, a medida que el Sol está mas cerca del horizonte, la luz debe atravesar una porción de atmosfera cada ver mayor para llegar a nuestros ojos (recordemos que la atmosfera terrestre es muy delgada comparada con el radio de la Tierra). Bien, pues el color del Sol va cambiando, primero anaranjado y luego rojizo, esto se debe a que se van dispersando cada vez más las longitudes de onda corta (azul y violeta) y solo nos llega la luz más roja y amarilla, de onda larga.

El color de la noche es azul, pero lo vemos negro porque sobre la atmósfera que nos rodea apenas llega luz y por tanto no se realiza suficiente difusión: no dando color a nada.

Cuando algo ilumina el cielo en la noche, volvemos a ver el color azul, tal y como se aprecia en la fotografía siguiente en la que la noche es iluminada por un rayo.

Las nubes son generalmente blancas porque las gotitas y cristalitos que contienen son de toda clase y tamaño, esto hace que los colores que rodean a cada corpúsculo se superpongan tan destructivamente que todo color desaparece, esparciendo (difractando) la luz en todas direcciones sin alterar su color inicial. Resultando obvio que a las partes de las nubes que no les da el Sol directamente aparezcan oscuras, acentuándose el efecto por el contraste, así se ven partes de las nubes grises contra otras partes blancas que están siendo iluminadas por el Sol.

Si esas gotas son grandes, parte de la luz se esparce, y además puede cambiar el color de la luz, resultando una atenuación de la luz blanca hacia tonos grises, cada vez más oscuros. Esta es la causa de que en días muy nublados, cuando las nubes son muy gruesas, el cielo aparezca más o menos gris, y a veces casi negro.

Los arcoiris se forman por la refracción de la luz del sol a través de las gotas de lluvia que caen. La luz blanca del sol es descompuesta en sus colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) por la refracción y es emitida desde las gotas de agua en diferentes ángulos, por lo que de cada gota no podemos ver todos los colores. Así, el arcoiris que vemos, el que llega a nuestros ojos, está formado por esos colores, pero cada color proviene de distintas gotas dependiendo de la altura de estas: Las gotas del color violeta están más cerca del suelo que las que nos envían la luz roja.

El agua del mar absorbe con mayor facilidad las longitudes de onda larga (como el rojo, el naranja y el amarillo) que las longitudes de onda corta (como el azul y el violeta). Estas rebotan y son captadas por nuestro ojo. Aunque el agua es incolora porque toda las longitudes de onda la atraviesan, cuando la cantidad de agua es muy grande, a la luz le cuesta más atravesarla y refleja cierta tonalidad azul. Cuanto mayor sea la cantidad de agua, mayor será la cantidad de luz reflejada y por tanto, más intenso será el color azul del mar y también influye el reflejo del cielo en la superficie del agua. De ahí que en la orilla de una playa los tonos sean más claros y según aumenta la profundidad se vayan oscureciendo.Este efecto se produce en el agua pura, ya que si el agua alberga algas, barro u otras impurezas, la luz esparcida por esas partículas enmascarará el color habitual del agua que entonces se verá en tonos verdosos.

Lo normal es que en mar abierto (aguas profundas) el color dominante sea el azul oscuro, ya que allí el volumen de agua es tan enorme que la concentración de elementos contenidos en él es más pequeña que en zonas costeras (aguas someras), donde la coloración pardo-amarillenta y verdosa es más frecuente. Ocurre a veces que determinados microorganismos o algas alcanzan unas poblaciones tan grandes que literalmente tiñen el agua de tonalidades distintas a las que tendría el mar por efecto únicamente de las transformaciones a las que se ve sometida la radiación solar.