0264. Perchè il cielo è azzurro?

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Vorrei sapere perché il cielo è azzurro o meglio: perché lo vediamo di questo colore?? (Giorgia Casadei) (2142)


sem_esperto_verdePerché il cielo è blu? Perché il sole e giallo? Molto concisamente possiamo dire che il colore azzurro del cielo e il colore giallo del Sole a mezzogiorno (rosso al tramonto) sono dovuti all’interazione della luce proveniente dal Sole con l’atmosfera icona_glossario del nostro pianeta. La luce del Sole è, come sappiamo , costituita dalla sovrapposizione di onde elettromagnetiche di diversa lunghezza . Il Sole è un corpo molto caldo, la sua temperatura superficiale è approssimativamente di 5700 gradi nella scala assoluta delle temperature icona_esperto[258] che prende il nome da Lord Kelvin icona_biografia .Il Sole emette luce (cioè onde elettromagnetiche) di varie lunghezza d’onda icona_glossario. I nostri occhi sono sensibili solo ad una parte delle onde elettromagnetiche emesse dal Sole. La luce visibile, quella che i nostri occhi percepiscono, varia da una lunghezza d’onda da 320 nm a 720 nm. Il simbolo nm è la sigla che indica una unità di misura della lunghezza: il nanometro icona_glossario . Un nanometro = 10-9 metri corrisponde a miliardesimo di metro. La radiazione di lunghezza d’onda più piccola dello spettro visibile (380nm) è quella che i nostri occhi percepiscono di colore viola, quella all’estremità opposta dello spettro visibile (720nm) è invece da noi percepita con colore rosso. Dal viola si arriva al rosso passando per il blu, il verde, il giallo e l’arancio . Il nostro apparato visivo ha tre ricettori nella retina sensibili principalmente alle lunghezze d’onda corrispondenti al rosso al verde e al blu. La luce solare fu per la prima volta scomposta da Newton icona_biografia in un suo famoso esperimento con il prisma . A questa scomposizione ognuno di noi ha assistito, quando ci è capitato di osservare nel cielo un arcobaleno icona_esperto[80] .

ScienzaPerTutti_prismaMa torniamo al colore del cielo. Nello spazio interplanetario, non c’é “cielo” o almeno non c’e’ un cielo azzurro. Basta richiamare alla mente le scene di film come Odissea nello spazio o Guerre Stellari. Lo spazio è assolutamente nero. Le stelle sono sempre visibili. Il Sole (il nostro Sole) è sempre assolutamente bianco. Perché? Perché lo spazio è vuoto e nulla diffonde o scompone la luce solare.

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Come mai dunque osserviamo il colore azzurro quando dalla Terra alziamo gli occhi verso il cielo? E’ l’atmosfera terrestre che fa azzurro il cielo. Se non ci fosse l’atmosfera vedremmo il cielo sopra di noi – come nello spazio – assolutamente nero. L’atmosfera terrestre è composta essenzialmente dai gas di azoto ed ossigeno icona_chimica in percentuali rispettivamente del 78% e del 21%. Il restante 1% e’ composto da argon, acqua (nelle varie forme: gassosa (vapore), liquida (goccioline) e solida (cristalli)) e - negli stati più bassi dell’atmosfera -da polveri, ceneri e sali. La luce emessa dal Sole interagendo con i componenti della atmosfera può essere assorbita o diffusa. La diffusione della luce sui vari elementi presenti nei differenti strati dell’atmosfera, dipende sia dalle dimensioni dell’oggetto colpito che dalla lunghezza d’onda della luce medesima. Le particelle solide e le gocce d’acqua hanno dimensioni maggiori della lunghezza d’onda della luce e quindi la riflettono in tutte le direzioni (indipendentemente dalla lunghezza d’onda ). La luce bianca del Sole, in questo caso, è diffusa senza essere scomposta: ecco perché le nuvole ci appaiono bianche icona_esperto[148]! Le molecole dei gas (azoto e ossigeno), hanno dimensioni confrontabili con quelle delle lunghezze d’onda della luce. In questo caso (Rayleigh scattering dal nome di Lord Rayleigh icona_biografia ) la diffusione della luce è fortemente dipendente della sua lunghezza d’onda icona_esperto[86]. La luce di maggiore lunghezza d’onda (rossa arancione e gialla) riesce a superare questi minuscoli ostacoli e prosegue nella sua traiettoria rettilinea. La luce blu invece, che ha una lunghezza d’onda più piccola, viene diffusa in tutte le direzioni. Dopo una serie di diffusioni tutta la luce blu è diffusa. La luce azzurra è dunque in tutte le direzioni e oscura le stelle. Questo processo avviene negli stati più alti dell’atmosfera. In una giornata senza nubi quindi, in qualunque direzione volgiamo il nostro sguardo, la luce blu diffusa dai gas in alta atmosfera raggiunge i nostri occhi. Questo spiega il perché il cielo ci appare azzurro. Per questa stessa ragione la luce proveniente direttamente dal Sole diviene più gialla.

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E’ sempre il processo di diffusione che spiega anche perché, al tramonto, l’orizzonte si colora di rosso. Al tramonto i raggi solari sono radenti gli strati dell’atmosfera. La luce blu viene diffusa dai gas presenti negli strati più alti. La luce radente attraversa un grande spessore di atmosfera e solo la luce rossa penetra fino a raggiungere gli stati dove viene parzialmente diffusa dalle particelle solide presenti a queste altezze colorando quindi il cielo e le nubi, nella direzione del Sole, di arancio, rosso e talvolta viola. Anche il Sole appare rosso e non più giallo poiché appunto solo la luce rossa riesce a penetrare e raggiungere il nostro occhio.

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In conclusione non è detto che il cielo sia sempre più blu. Sulla nostra Luna -come su ogni pianeta o satellite senza atmosfera - il cielo è nero e il Sole assolutamente bianco, dall’alba al tramonto.

Redazione/SxT/flf

Nota redazionale SxT

I nostri web-nauti più attenti si domanderanno tuttavia perchè il cielo visto dalla Terra non sia viola. Non è il viola il colore all’estremità dello spettro della luce visibile? E la diffusione di Rayleigh non dovrebbe favorire il viola ancor più del blu? Per chiarire questi dubbi suggeriamo di leggere uno dei contributi presenti nei nostri Scaffali del nostro collaboratore Pasquale Catone .


 

 
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