El cielo no solo es azul, el brillo del aire también lo hace verde, amarillo y rojo.
Mire hacia arriba en un día claro y soleado y verá cielos azules. Pero, ¿es el verdadero color del cielo? ¿O es el único color del cielo?
Las respuestas son un poco complicadas, pero involucran la naturaleza de la luz, los átomos y las moléculas, y algunas partes extrañas de la atmósfera terrestre. Y grandes láseres también, ¡para la ciencia!
¿Cielos azules?
Primero que nada: cuando ves un cielo azul en un día soleado, ¿qué ves? ¿Vemos nitrógeno azul u oxígeno azul? La respuesta simple es no. En cambio, la luz azul que vemos es luz solar dispersa.
El Sol produce una gran espectro de luz visible, que vemos como blanco pero incluye todos los colores del arcoíris. Cuando la luz del sol atraviesa el aire, los átomos y las moléculas de la atmósfera dispersan la luz azul en todas las direcciones, mucho más que la luz roja. Se llama la dispersión de Rayleighy da como resultado un sol blanco y cielos azules en un día despejado.
A medida que se pone el sol, podemos ver que este efecto se intensifica, ya que la luz del sol tiene que atravesar más aire para alcanzarnos. Cuando el Sol está cerca del horizonte, casi toda la luz azul se dispersa (o es absorbida por el polvo), por lo que terminamos con un Sol rojo rodeado de colores más azules.
Pero si todo lo que vemos es luz solar dispersa, ¿cuál es el verdadero color del cielo? Tal vez podamos obtener una respuesta de la noche a la mañana.
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El color de los cielos oscuros.
Si miras el cielo nocturno, obviamente está oscuro, pero no es completamente negro. Sí, hay estrellas, pero el mismo cielo nocturno brilla. No es la contaminación lumínica, sino la atmósfera la que brilla naturalmente.
En una noche oscura y sin luna en el campo, lejos de las luces de la ciudad, puedes ver los árboles y las colinas recortadas contra el cielo.
Rodney Campbell / flickr
Este resplandor, llamado resplandor de aire, es producido por átomos y moléculas en la atmósfera. En luz visible, el oxígeno produce luz verde y roja, las moléculas de hidroxilo (OH) producen luz roja y el sodio produce un amarillo enfermizo. El nitrógeno, aunque mucho más abundante en el aire que el sodio, no contribuye mucho a la luminosidad del aire.
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Los distintos colores del resplandor del aire son el resultado de átomos y moléculas que liberan cantidades particulares de energía (cuantos) en forma de luz. Por ejemplo, a gran altura, la luz ultravioleta puede dividir las moléculas de oxígeno (O₂) en pares de átomos de oxígeno, y cuando estos átomos luego se recombinan en moléculas de oxígeno, producen una luz verde distinta.
Luz amarilla, estrellas fugaces e imágenes nítidas
Los átomos de sodio constituyen una pequeña fracción de nuestra atmósfera, pero constituyen gran parte del brillo en el aire y tienen un origen muy inusual: las estrellas fugaces.
Puedes ver estrellas fugaces en cualquier noche clara y oscura, si estás dispuesto a esperar. Son diminutos meteoros, producidos por granos de polvo que se calientan y vaporizan en la atmósfera superior mientras viajan a más de 11 kilómetros por segundo.
Cuando las estrellas fugaces resplandecen en el cielo, a unos 100 kilómetros de altura, dejan tras de sí un rastro de átomos y moléculas. A veces puedes ver estrellas fugaces con distintos colores, como resultado de los átomos y moléculas que contienen. Las estrellas fugaces muy brillantes pueden incluso dejar rastros de humo visibles. Y entre esos átomos y moléculas hay un puñado de sodio.
NASA
Esta alta capa de átomos de sodio es realmente útil para los astrónomos. Nuestra atmósfera está en constante movimiento, es turbulenta y desdibuja las imágenes de planetas, estrellas y galaxias. Piensa en el brillo que ves cuando miras un largo camino en una tarde de verano.
Para compensar la turbulencia, los astrónomos toman imágenes rápidas de estrellas brillantes y miden qué tan distorsionadas están las imágenes de estrellas. Se puede ajustar un espejo deformable especial para eliminar la distorsión, produciendo imágenes que pueden ser más nítidas que las de los telescopios espaciales. (Aunque los telescopios espaciales todavía tienen la ventaja de no mirar a través del resplandor del aire).
Esta técnica, llamada “óptica adaptativa”, es poderosa, pero tiene un gran problema. No hay suficientes estrellas brillantes naturales para que la óptica adaptativa funcione en el cielo. Entonces, los astrónomos crean sus propias estrellas artificiales en el cielo nocturno, llamadas «estrellas guía láser».
Estos átomos de sodio están muy por encima de la atmósfera turbulenta, y podemos hacerlos brillar disparándoles un láser de potencia ajustado al amarillo distintivo del sodio. La estrella artificial resultante se puede utilizar para la óptica adaptativa. La estrella fugaz que ves en la noche nos ayuda a ver el Universo con una visión más nítida.
Por lo tanto, el cielo no es azul, al menos no siempre. También es un cielo nocturno que brilla en la oscuridad, coloreado con una mezcla de verde, amarillo y rojo. Sus colores son el resultado de la luz solar dispersa, el oxígeno y el sodio de las estrellas fugaces. Y con un poco de física y algunos láseres grandes, podemos crear estrellas amarillas artificiales para obtener imágenes nítidas de nuestro cosmos.
