Perché il cielo è blu?

Perché il cielo è blu?

A chiunque sarà capitato almeno una volta di domandarsi perché vediamo il cielo di quel colore blu/azzurro caratteristico. In questo articolo si darà una spiegazione scientifica del fenomeno della diffusione luminosa e si andrà oltre, spiegando il fenomeno dell’aurora, del tramonto e del “cielo viola“.

Diffusione della luce e Scattering

La luce proveniente dal sole è la sovrapposizione di onde elettromagnetiche caratterizzate da diverse frequenze(ν) e lunghezze d’onda (λ) in un range che varia dai 380 nanometri (ultravioletto) ai 750 nanometri (infrarosso). L’atmosfera della terra è composta da una miscela di gas, principalmente Azoto al 79% ed Ossigeno al 21%. Quando la luce solare attraversa l’atmosfera incontra queste particelle di gas che hanno dimensione molto ridotta (100picometri). Per questo motivo è più probabile che le onde aventi λ basso interagiscano (scontrandosi) con le particelle gassose, mentre quelle con λ più alti proseguano il loro cammino indisturbate poiché “evitano” le particelle.

La radiazione blu ha una ridotta lunghezza d’onda: è dunque più probabile che interagisca con l’atmosfera e che venga diffusa rispetto alle onde con λ più elevati. Il fenomeno che privilegia la diffusione di  λ inferiori attraverso piccole particelle è detto Scattering di Rayleigh. Matematicamente l’intensità della luce diffusa è proporzionale ad un fattore 1/λ^4. A titolo esemplificativo, da quest’ultima relazione è facilmente calcolabile che l’intensità del colore blu diffusa dall’atmosfera è 6 volte maggiore rispetto a quella del rosso. 

Alba e tramonto

Una volta compreso il fenomeno della diffusione, è interessante chiedersi perché lo scattering, che abbiamo precedentemente chiarito, cambi così drasticamente durante l’alba e il tramonto. La spiegazione è che in questi momenti della giornata, a causa della rotazione Terrestre, i raggi solari arrivano con un’inclinazione apparente tale da dover percorrere una porzione molto maggiore di atmosfera rispetto alla porzione percorsa nel resto del giorno per arrivare sulla superficie terrestre. In questo modo la luce incontra un numero maggiore di diffusori (particelle gassose); ciò rende più probabile che anche i colori aventi lunghezze d’onda più grandi si scontrino con una particella e vengano dunque diffusi. Nel cielo in questi momenti si potranno notare oltre che al blu e al celeste l’aggiunta di colori quali rosso e arancione e giallo, creando quell’incantevole mix di colori che tutti noi conosciamo.

Perché il cielo non è viola?

Arrivato a questo punto, al lettore può essere sorto un dubbio legittimo: Se lo Scattering favorisce la diffusione delle onde con minore λ, non dovrebbe essere il viola il colore maggiormente presente nel cielo?

La risposta è che effettivamente il viola è il colore diffuso maggiormente e dunque il cielo dovrebbe essere di quel colore, ma siamo noi a percepirlo in maniera differente. Per capire questo concetto è utile conoscere i recettori della luce presenti nella nostra retina.

Visione umana

Le retine dei nostri occhi hanno 2 tipi di fotorecettori, coni e bastoncelli:

1. I bastoncelli sono molto sensibili alla luce ed entrano in funzione durante la visione periferica, notturna e in condizione di scarsità di luce. Tuttavia non sono in grado di distinguere bene i colori e creare immagini di alta qualità.
2. I coni sono attivi durante la visione centrale e diurna. Ci sono 3 tipi di coni, ciascuno dei quali è maggiormente sensibile quando colpito da lunghezze d’onda di 420 , 530 e 560 nm, corrispondenti rispettivamente ai colori blu, verde e rosso.

In conclusione è possibile affermare che se percepissimo tutti i colori con la stessa sensibilità vedremmo effettivamente il cielo di colore viola! Il risultato finale che appare ai nostri occhi è infatti una media ponderata dei colori maggiormente diffusi dallo Scattering e i colori ai quali i nostri occhi sono più sensibili.

Fonti:

• www.my-personaltrainer.it

Immagini:

• Immagine 2: training.gattosulweb.com/

Immagine 3 crediti: Francesco Prodi

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Leonardo Porcu

Sono uno studente di ingegneria energetica al Politecnico di Milano. Nutro una grande curiosità verso le tecnologie innovative che guardano al futuro e verso le sfide sulla creazione di energia rinnovabile. Adoro la musica, i viaggi e l'attività fisica.

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