Il cielo è sempre più blu

Perché il cielo appare blu? Sembra una domanda banalissima, ma la riposta la sapete davvero tutti? Se è così potete fare a meno di leggere l’articolo, se no è meglio imparare in fretta questo fenomeno che domina la vita di tutti i giorni. Dopo di che si comprenderà anche subito perché le nubi sono grigio-biancastre, il cielo di montagna molto più scuro, i tramonti rosati e il cielo sulla Luna (e non solo) completamente nero.

La luce che ci invia il Sole copre la maggior parte delle lunghezze d’onda. Il nostro occhio, purtroppo, è capace di vederne solo una piccola parte, quella con lunghezze d’onda che vanno dal rosso al violetto. L’insieme dei colori recepibili dal nostro cervello attraverso il nervo ottico si presenta come un mix di tutti loro, mischiati completamente. Questo mix è la luce bianca, quella associata alla nostra stella.

In realtà, se riuscissimo (ma non facciamolo!) a guardare il Sole direttamente al di fuori dell’atmosfera terrestre lo vedremmo bianco. Da terra invece (continuiamo però a non guardarlo) apparirebbe giallastro, proprio perché gli è stata sottratta parzialmente la luce blu (come vedremo tra poco).

Se non ci fosse atmosfera (come capita sulla Luna, ad esempio) questo disco biancastro si staglierebbe contro uno sfondo nero, illuminato solo dalle altre stelle o pianeti. Il cielo, invece, ci appare colorato e, in particolare, blu, quando non ci sono nuvole e si è in pieno giorno. Come mai? Presto detto. Quel magnifico colore è la luce solare, “elaborata” dalle particelle sospese nell’atmosfera terrestre.

In che modo lavorano questi granelli di polvere (e non solo)? E perché sono innamorati del blu? Le loro dimensioni sono molto piccole, più o meno comparabili alle lunghezza d’onda della luce visibile solare. In particolare, sono più piccole, in media, della lunghezza d’onda della luce rossa, arancione, gialla e verde, ma più grandi di quella blu.

Per semplificare di molto la spiegazione, immaginiamo che i fotoni della luce dei vari colori si propaghino lungo un’onda che abbia una lunghezza variabile: più lunga quella del rosso, più corta quella del blu. Immaginiamoli proprio come barchette in balia di un mare più o meno tempestoso: su e giù, su e giù, sperando di evitare gli ostacoli. Le “barchette” rosse si muovono su onde più lunghe e quindi riescono quasi sempre a superare le particelle, più piccole delle onde. Quelle blu invece sono costrette a scontrarsi continuamente contro di loro. Succede quello che è mostrato nella Fig. 1.

perché il cielo è blu
Figura 1: le onde più lunghe riescono a “scavalcare” le particelle atmosferiche. Quelle blu, invece, si scontrano inesorabilmente con loro e vengono ritrasmesse lungo direzioni qualsiasi illuminando il cielo dei un bellissimo colore blu.

Il color rosso passa indenne tra gli scogli, mentre il blu si infrange continuamente. Ogni volta che la barchetta (fotone) urta l’ostacolo si diffonde tutt’attorno e si propaga in direzione diversa da quella originale. Ne consegue che ovunque si guardi si vedono onde luminose blu che sono state deviate. Quelle rosse passano invece tranquillamente e arrivano fino a terra. Esse restano, però, concentrate nella direzione del Sole, insieme agli altri colori arrivati senza intoppi e fanno apparire la stella di colore giallastro.

Il giorno passa e viene la sera. Il Sole si abbassa sull’orizzonte ed ecco che il cielo nei suoi pressi si illumina anche dei colori prima invisibili come il rosso e l’arancio. In questo caso lo strato atmosferico che la luce deve attraversare è molto più grande, per cui anche le lunghezze d’onda più lunghe si scontrano facilmente contro alcuni scogli e vengono diffuse. Inoltre, dobbiamo pensare che la luce riesce ad attraversare le goccioline d’acqua sospese nella bassa atmosfera. Analogamente a ciò che succede in un prisma di vetro, lunghezze d’onda diverse si inclinano in modo diverso (pensate all’arcobaleno…). Se il Sole è ormai basso o sotto l’orizzonte, i raggi meno inclinati non riescono più a raggiungerci, mentre riescono ancora a farlo quelli arancioni e rossi (Fig. 2).

rifrazione luce al tramonto
Figura 2: La gocciolina d’acqua G rifrange la luce solare come un piccolo prisma. Le lunghezze d’onda più lunghe (rosso) si piegano meno di quelle più corte (blu) e non giungono più al’osservatore se il Sole è ormai molto basso o sotto l’orizzonte OO’.

Questi ultimi trovano molte particelle e si diffondono nello spazio intorno illuminando il tramonto di magnifiche sfumature. Ovviamente a questo stesso fenomeno si deve l’arrossamento del disco solare: a mano a mano che la stella scende verso l’orizzonte i raggi di lunghezze d’onda più corte (blu, verde) non riescono ad arrivare più all’osservatore.

A questo punto non è difficile capire perché il cielo al di fuori dell’atmosfera sia nero. Non vi sono particelle sospese e la luce si vede solo in corrispondenza del disco, dato che non può essere diffusa. Analogo discorso per il blu scuro dell’alta montagna: meno atmosfera e meno particelle che diffondono l’azzurro che risulta più intenso. Cosa succede quando ci sono le nuvole? Beh… aumentano le particelle e praticamente tutte le lunghezze d’onda ne scontrano qualcuna e permettono a tutti i colori di diffondersi, mentre prima lo faceva solo il blu. Ne consegue che il cielo si trova a diventare un mix di tutte le lunghezze d’onda e quindi assume il colore bianco. Non confondiamo questo colore effettivo con la parte nera delle nubi più spesse e minacciose. Quello è dovuto solo a un effetto di ombra.

La trattazione è stata giocoforza molto elementare e grossolana. Bisogna, infatti, tener presente la composizione chimica delle particelle, l’assorbimento e molti altri effetti secondari. Comunque, in un modo o nell’altro… il cielo è sempre più blu!

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9 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Domanda: come facciamo a vedere alcune stelle blu? (es. Vega)
    Quella lunghezza d'onda non dovrebbe comunue venire diffusa?
    Grazie in anticipo per la tua risposta

  2. Quindi l'atmosfera fa da "filtro" e fa entrare solo le onde con una bassa frequenza, questo mi è facile da immaginare "materialmente" un pò meno se penso effettivamente al concetto di onda che non riesco ad assimilare .

  3. Citazione Originariamente Scritto da AlexanderG Visualizza Messaggio
    Domanda: come facciamo a vedere alcune stelle blu? (es. Vega)
    Quella lunghezza d'onda non dovrebbe comunue venire diffusa?
    Grazie in anticipo per la tua risposta
    l'atmosfera non ferma tutta la luce blu, ma nel caso del Sole è sufficiente a illuminare il cielo.

  4. Citazione Originariamente Scritto da Siggiorgio Visualizza Messaggio
    Quindi l'atmosfera fa da "filtro" e fa entrare solo le onde con una bassa frequenza, questo mi è facile da immaginare "materialmente" un pò meno se penso effettivamente al concetto di onda che non riesco ad assimilare .
    tieni presente che la rappresentazione della figura è uno schema intuitivo ma non certo realistico. Pensa alle onde acustiche....

  5. Grande Enzo, articolo interessante e spiegato davvero nel modo più semplice possibile!

    Ora peró m'hai fatto venire un dubbio: se il sole dallo spazio è bianco e noi da qui lo vediamo tendente al giallo per via della componente blu persa vuol dire che se allora riaggiungiamo la blu al giallo dovremmo riottenere il bianco! Invece il giallo è un colore primario e se ci aggiungiamo un pochino di blu dovremmo ottenere qualcosa tendente al verde...no?

    In realtà il sole non è tendente al giallo anche dallo spazio? Non è la frequenza su cui cade il picco della radiazione visibile a circa 6000 gradi (non so se bisogna considerare anche gli assorbimenti dei vari elementi) ? Come per quelle su fredde il picco si sposta verso il rosso e per quelle più calde verso il blu... Ho sempre pensato che il sole tendesse al giallo naturalmente, poi parte del blu veniva diffuso nell'atmosfera ma parte comunque passava lasciando il colore finale sempre tendente al giallo...

  6. Citazione Originariamente Scritto da Lampo Visualizza Messaggio
    Grande Enzo, articolo interessante e spiegato davvero nel modo più semplice possibile!

    Ora peró m'hai fatto venire un dubbio: se il sole dallo spazio è bianco e noi da qui lo vediamo tendente al giallo per via della componente blu persa vuol dire che se allora riaggiungiamo la blu al giallo dovremmo riottenere il bianco! Invece il giallo è un colore primario e se ci aggiungiamo un pochino di blu dovremmo ottenere qualcosa tendente al verde...no?

    In realtà il sole non è tendente al giallo anche dallo spazio? Non è la frequenza su cui cade il picco della radiazione visibile a circa 6000 gradi (non so se bisogna considerare anche gli assorbimenti dei vari elementi) ? Come per quelle su fredde il picco si sposta verso il rosso e per quelle più calde verso il blu... Ho sempre pensato che il sole tendesse al giallo naturalmente, poi parte del blu veniva diffuso nell'atmosfera ma parte comunque passava lasciando il colore finale sempre tendente al giallo...
    hai pienamente ragione lampo. In realtà il Sole è giallo. Il discorso era fatto per semplificare le cose... Oltretutto, non tutta la luce blu viene bloccata, ovviamente...

  7. Citazione Originariamente Scritto da Lampo Visualizza Messaggio
    Ah ok, grazie per la delucidazione! Spero di non aver creato confusione..
    caro lampo,
    i colori reali e quelli percepiti dal nostro occhio sono ben diversi. Ho appena risposto a danilo sul forum del libro. In realtà ho consigliato una lettura specifica sul perchè non esistono (per noi) stelle verdi. La risposta è però più vicina a un oculista che a un astronomo....

  8. Ciao,
    avevo già letto delle cause che determinano il colore del cielo ed in particolare ero rimasto affascinsto da un punto che qui non e stato descritto.
    Leggo spesso questo forum ed ho deciso di approfittarne e scrivere.
    Il succo é che se pur vero che il blu arriva dallo scatterig ben descritto dal'autore, l'altra metà della storia é anche più interessante.
    La diffusione in effetti avviene in tutta l'atmosfera ma il cielo blu avviene in un guscio relativamente sottile posto a cicca 100km d'altezza.
    Quasi nel vuoto dove di fatto il cielo é nero per la quasi assenza di aria proprio lì avviene il grosso della diffusione che ci regala il cielo azzurro.
    Solo acon quella densità le molecole sono alla giusta distanza per giustificare un massicio effetto di diffusione.
    ILa controprova arriva dal fatto che da un aereo a 11000 metri di quota il cielo resti uniformemente blu quasi fino all'orizzonte mentre una diffusione globalizzata sarebbe avvenuta più negli strati sottostanti più densi e soprattutto la verticale esarebbe molto più scura (di quanto non sia) rispetto ad esempio osservando a 30 gradi dove in aereo si vede ancora un cielo perfettamente blu come allo zenit.
    In sintesi il blu non é ovunque ma é quasi materiale un guscio blu che circonda la terra ...
    Ho letto questa descrizione in un libro di meteorologia mentre altre fonti parlano solo dello scattering in generale.
    Se avete qualche dettaglio in più sarei curioso ...
    A presto