¿Por qué el atardecer es rojo? (Ó, ¿por qué el cielo es azul?)

Todos sabemos que pocas cosas hay más bonitas que un atardecer a la orilla del mar o entre idílicas montañas. Desde que el hombre puebla este planeta llamado tierra el ocaso nos ha fascinado. Los ocasos muy rojos eran tomados por nuestros antepasados como síntoma de que se avecinaban malos presagios y derramamientos de sangre. Hoy en día, un atardecer puede invocar la rabia más desgarrada de un poeta o puede desnudar su corazón. Durante la época feudal, jamás se comenzaban las guerras en amaneceres muy rojos, y se daban tregua si el atardecer también lucía ese color; pues para ellos, eso implicaría que la sangre derramada sería inútil.

Unos dicen que el ocaso es rojo porque el Sol se sonroja al ver a la Luna; otros lo atribuyen a la envidia del universo por los labios de su amada. La ciencia dice que el ocaso es rojo gracias a la dispersión Rayleigh.

Antes de explicarlo tenemos que tener claro que todo lo que nos rodea está hecho de átomos, y que éstos están formados por un núcleo con protones y neutrones, y de un puñado de electrones localizados en la llamada nube electrónica. Para hacernos una idéa del tamaño de los átomos, imaginemos que incrementamos su tamaño hasta el tamaño de una cancha de futbol, el tamaño del núcleo sería simplemente el botón de una camisa. Todo lo demás es espacio vacío y pequeñísimos electrones (mucho más pequeños que el núcleo).

Átomo formado por el núcleo y su nube electrónica.

Quiero aclarar por que realmente, la nube electrónica es una simplificación de la realidad puesto que ésta tan solo es la densidad de probabilidad de encontrar un electrón en esa zona. Me explico: la mecánica cuántica predice que no se puede conocer simultáneamente el momento (la velocidad multiplicada por la masa) y la posición de una partícula subatómica. Así como los amistosos radares de la DGT si pueden conocer la velocidad de un coche y su posición exacta para sacarle la foto, si el coche fuese un electrón y el radar tuviese dimensiones cuánticas, eso sería imposible. Solo se puede conocer una cantidad de ambos con una cierta incertidumbre (Δ), relacionadas por el principio de incertidumbre de Heisenberg, matemáticamente enunciado por:

Podemos resumirlo en que, si conocemos con una precisión total la posición del electrón, la incertidumbre sobre la velocidad es infinita, por lo que los electrones no están físicamente orbitando el núcleo, sino que la función de onda (correspondiente a su probabilidad) oscila a su alrededor; y en el momento en el que algo (por ejemplo, un fotón) choca contra el electrón, lo localiza perfectamente, pero se pierde toda medida del momento; cosa que aunque a los investigadores y a los físicos les de quebraderos de cabeza, a los fotones, realmente, les da absolutamente igual. Resumiendo: Podemos considerar que en cada uno de los puntos de la imagen ha chocado un fotón que ha localizado perfectamente a los electrones y entonces cambiar de “densidad de probabilidad” a “posición”. (Físicos y quisquillosos… Acribilladme, pero en entradas futuras prometo explicar esto mejor y lo más parecido a la realidad posible).

Volviendo al tema: todo está hecho de átomos, y nuestra atmósfera no se salva, por lo que en el momento en el que un fotón atraviesa la atmósfera, está atravesando un montón de átomos. Imaginemos un rayo de luz del sol (luz blanca: todos los colores del espectro) a punto de entrar en ese campo lleno de átomos. Un montón de fotones con longitudes de onda diferentes están a punto de entrar en un larguísimo campo de minas pequeñas. Minas mucho más pequeñas que sus longitudes de onda.

Imaginad que esa onda del fotón es la comba a la que está saltando un pequeño canijo, que, en este caso llamaremos partícula. Si el canijo es más grande que la onda de la comba, ésta chocará con él y le transferirá toda su energía, resultando en una comba sin energía: totalmente parada, y en un niño con un moratón. Sin embargo, si el canijo es más pequeño que la onda de la comba, ésta no chocará con él y no variará su energía. Pero resulta que el canijo es el típico niño que es un poco torpe y siempre está en medio, por lo que, en un momento dado, casualmente el niño salta un poco antes o después y roza un poco la comba. Ésta tendrá menos energía -pero no la perderá toda-, y al canijo le picará un poco la cabeza, pero la comba seguirá dando vueltas con menos energía: o más despacio o con una menor amplitud (la longitud del suelo a la comba en el punto más alto).

Todo esto vuelve a encauzarse en el tema si cambiamos la comba por un fotón y al canijo por una partícula. Si el fotón tiene mala suerte y choca con el “enorme” núcleo, rebotará 180º, pero si por el contrario pasa cerca del núcleo (por la nube de pequeños y dispersos electrones), cosa que es mucho más probable, el electrón intentará absorber su energía, que resultará insuficiente para excitarlo, y lo dispersará en direcciones aleatorias.
La razón por la que el electrón no puede absober toda la energía es, ni más ni menos, el primero postulado que inició la revolución Cuántica de manos de Max Planck: la energía a niveles subatómicos no puede ser absorbida de forma continua, sino que solo se pueden absorben cuantos completos múltiplos enteros de una constante llamada constante de Planck. Para que nos entendamos: no se pueden absorber 4 bofetadas y tres cuartas partes de otra. Se tienen que absorber obligatoriamente una cantidad entera (1, 2, 3…) de bofetadas. En el caso de la cuántica, las bofetadas se llaman constante de Planck para hacerlo más serio; pero más o menos es lo mismo. (Quisquillosos: he dicho más o menos).
Explicado ahora porqué el electrón dispersa el fotón en dirección aleatoria en vez de absorberlo y volviendo al rayo de luz; tenemos un montón de fotones de distintas energías chocando con un montón de electrones “que no los quieren” y los dispersan por ahí. Pero… ¿Qué tiene que ver todo eso con el color del cielo y de los atardeceres?. Pues bien. Claramente, cuanto menor sea la comba, más parte de ésta le dará la colleja al canijo, ¿verdad?. Pues de la misma manera, cuanto menor sea la onda del fotón, mayor parte será absorbida y dispersada.
Solo tenemos que observar el espectro electromagnético de la luz visible para responder nuestra pregunta.

Espectro electromagnético, destacando la luz visible y su longitud de onda (Tamaño de la onda/comba).

—-

PostPost

I. Si alguien tiene la suerte de vivir alejado de una gran ciudad, pero la puede ver, fijaros que, como en las burbujas de contaminación hay muchísimas más partículas con las que los fotones chocan que los aires despejados, éstas se tiñen de un rojo muy pálido. Si por el contrario vives en esa gran ciudad pero puedes irte lejos, mira al cielo antes de emprender el viaje y verás también que vives sobre un cielo rojo pálido lleno de fotones rojos dispersados por ahí…

Madrid y su burbuja de contaminación de color rojo pálido (y gris, color propio de la misma contaminación).

Madrid y su burbuja de contaminación de color rojo pálido (y gris, color propio de la misma contaminación).

II. Aclaro que cuando el sol está en el cénit, los fotones tienen que atravesar la atmósfera verticalmente (donde se pierde parte del violeta) y luego tienen unos 90 km tranquilos, sin muchas partículas, hasta que entran en los 10 últimos kilómetros en los que hay más partículas. Por el contrario, al atardecer, el rayo atraviesa la atmósfera horizontalmente y luego tiene un camino de aproximadamente 6.500 km de suciedad (el radio terrestre más los diez kilómetros de porquería que hay en la parte baja de la atmósfera aproximadamente). Por eso solo se observa eso al ocaso.
Anuncios

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s