dimecres, 20 de maig de 2009

PER QUÈ EL CEL ÉS BLAU?

Tots sabem que la llum blanca està formada per diferents colors (vermell, taronja, groc, verd, blau, color anyil i moral). Basta amb agafar un prisma o observar un simple Arc de Sant Martí.
La llum solar, quan arriba a l’atmosfera, topa amb els àtoms que hi ha en suspensió (aire, pols, etc.) i aquests absorbeixen l’energia llumínica que és immediatament tornada amb la mateixa freqüència però en direcció aleatòria. És el que es coneix com a dispersió de la llum, tenint present que la llum visible és aquella porció de l'espectre electromagnètic amb longituds d'ona.
Però per què el cel és blau? Per què hi ha postes de sol vermelloses?

Cada color, per entendre’ns, té una longitud d’ona, és a dir, té un cicle, un recorregut amb un principi i un final, aquesta longitud d’ona és diferent per a cada color. La llum vermella del sol (que és de freqüència menor) té molt menys energia que la blava o la morada, i per aquest motiu, és incapaç de penetrar a l’atmosfera originant que la dispersió de la llum a l’atmosfera només passi amb la llum blava que és d’alta energia. La llum vermella, continua el seu camí gairebé sense dispersar-se ja que aquesta dispersió depèn de la longitud d’ona. Per fer-nos una idea, la dispersió de la llum blava, és 6 vegades superiors a la llum vermella, si això afegim que la nostra visió de l’ull humà és molt sensible als colors grocs i molt poc al morat, el resultat és que el nostre ull percep un blau cian, tot i que realment, el que veien és una barreja de colors una mica taronges, una mica de verd, molt de blau i també morat.

Però aquesta difusió que ens fa veure el cel de color blau és imprescindible que les partícules difusores (els àtoms de l’aire, per exemple), siguin petits respecte a la longitud d’ona de la llum que les colpeja, això passa amb el nitrogen i l’oxigen a l’atmosfera ja que són unes mil vegades més petites. Si les partícules fossin grans, llavors, qualsevol llum rebotaria produint una difusió totalment blanca com la llum del sol.

Un exemple clar és una cigarreta, quan aquesta crema sola el fum té una tonalitat blavosa degut a que les partícules de fum són molt més petites que si li donem una “calada” a la cigarreta, expulsant grans molècules de vapor d’aigua dels nostres pulmons. Per aquesta mateixa raó, el cel és més blanquinós en un dia carregat d’humitat o amb boirina, explicació que també serveix per entendre perquè els núvols es veuen blancs o, fins i tot, la raó per la qual, al arrencar un motor el fum del tub d’escapament carregat de vapor d’aigua i en estat fred és blanc i a l’escalfar-se es fa quasi transparent.

Per entendre-ho i de forma resumida, el color del cel hauria de ser violeta per ser aquest color el que té la longitud d’ona més curta, però no ho és per dos raons fundamentals: perquè la llum solar conté més llum blava que violeta i perquè l’ull humà (que en definitiva és el que capta les imatges i el cervell les interpreta), és més sensible a la llum blava que a la violeta.

CELS ROGENCS.

Una altra característica important del joc de la llum solar és color rogenc que agafa el cel durant les sortides i les postes de sol.

Cap al tard, el camí que recórrer la llum solar dins de l’atmosfera és molt més llarg que a migdia, donat que la llum entra de forma més perpendicular i no formant un angle recte com a migdia. Així, al vespre els rebots de la llum entre unes partícules i unes altres fa créixer la probabilitat de que la llum acabi xocant amb una partícula absorbent i desaparegui, fins i tot, la part groga és afectada i difosa i només els raigs vermells (llum vermella) que és la més direccional, sigui un camí gairebé rectilini (recordar que és la d’ona més llarga i, per tant, té més recorregut). Aquest, és el principal motiu que el Sol a ponent, a les postes de sol, sigui vermellós.

No obstant això, també té un paper important l’intervenció de les molècules existents a l’aire i de les partícules que aquest té en suspensió (aerosols atmosfèrics), que dispersen i desdoblen la llum solar de múltiples formes. Quan existeix una quantitat elevada d’aerosols (pols), la llum de la sortida i la posta de sol és especialment vermellosa. Això succeeix generalment quan existeixen pressions atmosfèriques elevades (anticicló) ja que la concentració de partícules de pols en l’aire és major quan hi ha altes pressions.

La culpa, per tant, d’aquesta difusió es deu a l’atmosfera. Si la Terra no tingués atmosfera, la llum solar arribaria als nostres ulls directament i no rebríem llum difosa i el cel, per tant, apareixeria tan negre com per la nit (per això, els astronautes poden veure durant el dia les estrelles, la lluna i els planetes degut a que estan fora de l’atmosfera però no fora de l’influència del Sol). Per tant, i per acabar, el color negre de la nit, és degut a que a la atmosfera que envolta a l’observador, no arriba llum i per tant no es pot donar suficient difusió.

5 comentaris:

César ha dit...

Magnífico documento. Bien Meteotossa.

jordi cerdanya ha dit...

L'explicació es molt interessant, sobretot per als que estèm dins el mon de la meteo.

Gràcies

Anònim ha dit...

Gràcies per la divulgació. Pero aleshores, si les ones vermelles es reflecteixen menys ..Perque els raigos vermellosos els veiem sobretot quan estan molt reflectats per núvols alts amb el sol quan aquest està baix? Com lliga amb l'explicació de que els nuvols reflecteixen totes les longitut d'ones i que per això son blancs?.

I per que quan el sol està alt, al mirar cap a ell no el veiem igualment sempre vermell? O per que al costat seu el cel es blanc blavós i no pas blanc vermellós?

I per què l'aigua dels núvols provoca que el seu color sigui blanca, igual que la neu ..pero en canvi l'aigua del mar és blava?

meteotossa ha dit...

Bones anònim,

Respecte la primera qüestió, la llum està formada per diversos colors i cada color té una longitud d’ona diferent. La vermella és la que té la longitud d’ona més llarga. Aquesta, quan el sol està baix ha de fer més recorregut per l’atmosfera per arribar fins el nostre punt d’observació on ens trobem de la Terra (mira la figura 5, veuràs que al migdia ha de recórrer menys quilòmetres que al vespre o primera hora del matí). Per tant, la longitud d’ona vermella és mes llarga i, per tant, al recórrer més trajecte a la matinada, però anar “xocant” amb els aerosols (les gotetes d’aigua dels núvols per exemple) i poder veure el color vermell, al migdia no pot passar això, perquè la longitud del color vermell és tan llarga que es passa de frenada per entendre’ns, al vespre o matí no, perquè el recorregut és molt més gran i té temps per anar-se’n dissipant el color i no es passa de frenada.

Respecte els núvols, aquests els podem trobar, segons la latitud, entre els 10 i els 15 km d’alçada (a casa nostra a uns 12 km d’alçada). Els núvols estan format per gotetes d’aigua (o de gel les més altes) que són d’una mida que fa que la dispersió no sigui blava, fent que la dispersió de totes les longitud d’ona sigui igual. A més, com els núvols són tan lluents, tan brillants (enlluernadors), saturen la nostra mirada, els nostres ulls i fa que les veiem de color blanc, el mateix passa amb el Sol, al ser tan lluent, el veiem blanc perquè la nostra mirada queda saturada (ens enlluerna). Amb això també entendràs perquè al costat del Sol ho veiem més blanquinós, s’ha de tenir present, que l’ull no veu el color real si no que té més sensibilitat o menys a uns colors que a uns altres.

L’aigua del mar la veiem de color blau per un motiu semblant del perquè veiem el cel blau i sempre tenint present la sensibilitat del nostre ull. L’aigua, absorbeix millor els colors càlids (vermell, taronja, groc..) i per tant al ser absorbits, no són capaços de ser reflexats en l’aigua. En canvi, el color blau no és absorbit. Et preguntaràs perquè al agafar un got es veu que l’aigua és incolora, exacte, ho és, però quan hi ha gran quantitat d’aigua com en un mar o oceà, la llum no pot creuar i penetrar tota l’aigua en canvi, en “petites quantitats” totes les ones si poden.

Espero que ara hagi quedat una mica més clar, s’ha de tenir present la sensibilitat de l’ull humà i com veu els colors, no tots els animals veuen d’igual manera. També, tenir present la diferents lleis de dispersió que hi ha, la quantitat d’aerosols que poden haver-hi i segons quins com es dispersen els colors, etc. Això és una explicació a grans trets, sense entrar en detalls físics (com la llei de dispersió de Mie o de Reyleigh, % de concentració de molècules, i un llarg etcètera). Per saber més, a fer la carrera de física.

Salut i gràcies.

Anònim ha dit...

vayaa miierdaa de expliicacion con estoo no me da pa acer el trabajo de catalan TT sera mejor q lo buske en vikpedia.... ala la prooxima vez a currarselo mas coñoo! aTT: maria y mar! =)