Che cosa rende il cielo azzurro di giorno e blu scuro di sera? Tutto dipende da alcuni fondamentali fenomeni fisici. Di quali si tratta
Anche una domanda apparentemente banale come questa merita una risposta scientificamente adeguata. Dopo tutto si sta parlando di qualcosa di importante: dello spazio siderale percepito dalla Terra.
Non è giusto né sensato accontentarsi di spiegazioni basate sull’approssimazione. È al contrario necessario ricercare le cause oggettive che determinano il fenomeno. Per comprendere scientificamente il perché del colore azzurro del cielo diurno bisogna ragionare in termini ottici. Cioè studiare in che modo la luce solare giunge sulla Terra e in come gli esseri umani possono percepirla.
Tutto dipende dall’interazione tra la luce del sole e le particelle che compongono l’atmosfera. Tale fenomeno è conosciuto come diffusione. Ed è, insieme all’altro fenomeno noto come rifrazione, il motivo per cui il cielo appare azzurro dopo il levarsi del sole fino all’imbrunire, rosso al tramonto e tendente al bianco in prossimità dell’aurora.
La luce solare è composta dalla sovrapposizione di onde elettromagnetiche di diverse lunghezza d’onda. Contiene quindi in sé raggi di molteplici colori. Quando questa radiazione raggiunge l’atmosfera terrestre viene subito diffusa e dispersa in tutte le direzioni possibili da tutti i gas e le particelle presenti nell’aria.
La luce azzurra è dominante perché tale lunghezza d’onda subisce una dispersione più ampia. E questo perché, rispetto agli altri colori, viaggia attraverso onde più minute e sottili. Questo, fondamentalmente, è il motivo determinante per cui dalla Terra si percepisce un cielo colorato di azzurro o blu per la maggior parte del tempo. Il cielo è azzurro perché riflette il blu del mare, si sente talvolta dire. Si tratta di una spiegazione completamente sbagliata! Come anticipato, il colore viene diffuso attraverso il filtro dell’atmosfera terrestre, attraverso il processo noto come “scattering” o diffusione.
Perché il cielo appare azzurro: la spiegazione scientifica
Quando la radiazione luminosa (la luce) passa attraverso la nostra atmosfera viene dispersa dalle innumerevoli molecole d’aria che caratterizzano questo strato gassoso esterno al nostro pianeta. Lo scattering causato da queste minuscole molecole d’aria (fenomeno noto in astronomia come scattering di Rayleigh) aumenta con il diminuire della lunghezza d’onda della luce.
La luce viola e quella blu manifestano delle lunghezze d’onda più corte, mentre la luce rossa rimanda a una lunghezza d’onda più ampia. Per questa ragione, la luce blu e quella azzurra appaiono più diffuse della luce rossa. E quindi il cielo si tinge di azzurro o di blu durante il giorno.
Quando il sole è basso nel cielo (dunque durante l’alba e il tramonto) la luce deve viaggiare più lontano attraverso l’atmosfera terrestre. Di conseguenza non è più possibile percepire la luce blu (che è troppo corta per giungere fino alla Terra). Al suo posto è invece visibile la luce rossa, che è più lunga e meno soggetta alla dispersione. Quindi il cielo appare animato da una suggestiva luce rossastra o rosata.
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Conta ovviamente l’azione specifica delle molecole che compongono l’atmosfera (ossigeno, azoto…). Le onde luminose con corta lunghezza d’onda (corrispondenti al blu e al viola) vengono subito assorbite dalle molecole e poi riemesse in tutte le direzioni. Invece le onde luminose con grande lunghezza d’onda (corrispondenti all’arancione e al rosso) riescono a penetrare maggiormente nell’atmosfera, e questo perché sono assorbite e riemesse in modo meno efficace dalle molecole.