A lo largo de la historia, el ser humano ha sentido una profunda admiración por el cielo, no sólo durante las noches contemplativas que provocan reflexiones existenciales, sino también durante las horas del día, cuando presenta un vibrante espectro de colores. En algún momento de nuestras vidas, todos nos hemos preguntado por qué el cielo parece azul o por qué adquiere tonos naranja y rojo durante el atardecer. Esta cuestión fue resuelta inicialmente por Lord Rayleigh, también conocido como John William Strutt, un matemático que hizo este descubrimiento a finales del siglo XIX.
En este artículo vamos a explicarte el efecto Rayleigh, sus características y por qué el cielo es azul.
Efecto Rayleigh
El Sol emite una amplia gama de radiación electromagnética, incluida la luz visible, comúnmente conocida como luz blanca. Curiosamente, la luz blanca es en realidad una combinación de todos los colores del arco iris, siendo el violeta la longitud de onda más corta y el rojo la más larga. A medida que la luz del sol viaja a través de la atmósfera, interactúa con diversas sustancias como gases, partículas sólidas y moléculas de agua. Cuando estas partículas son más pequeñas que una décima de micrómetro, provocan la dispersión de la luz blanca en todas direcciones, con mayor énfasis en la luz azul.
Esta preferencia por la luz azul puede explicarse por el coeficiente de dispersión, que se calcula mediante la fórmula 1/λ4, donde λ representa la longitud de onda. Dado que la luz violeta y azul tienen las longitudes de onda más cortas del espectro visible, producen el cociente más alto cuando se sustituyen en la fórmula, lo que conduce a una mayor probabilidad de dispersión. Este fenómeno se conoce comúnmente como dispersión de Rayleigh.
Como resultado, los rayos dispersos se cruzan con las partículas de gas que funcionan como una superficie reflectante, lo que hace que se desvíen una vez más y amplifiquen su fuerza.
¿Por qué el cielo es azul?
Teniendo en cuenta la información mencionada anteriormente, uno podría esperar que el cielo se vea violeta en lugar de azul debido a su longitud de onda más corta. Sin embargo, este no es el caso porque el ojo humano no es muy sensible al color violeta. Además, la luz visible contiene en realidad una mayor proporción de radiación de longitud de onda azul que la violeta.
En los casos en que las partículas exceden la longitud de onda en tamaño, no se produce dispersión diferencial. En cambio, todos los componentes de la luz blanca están igualmente dispersos. Este fenómeno explica el aspecto blanco de las nubes, ya que las gotas de agua que las componen superan la décima de micrómetro de diámetro. Sin embargo, cuando estas gotas de agua se vuelven densamente compactas, la luz no puede atravesarlas, lo que da como resultado una apariencia grisácea asociada con una extensa cobertura de nubes.
Sin embargo, hay que reconocer que el cielo no mantiene una tonalidad azul constante. Como resultado, el fenómeno de la dispersión de Rayleigh no explica completamente la presencia de varios tonos de rojo durante el amanecer y el atardecer. Sin embargo, sí hay una explicación para este hecho.
A medida que el Sol se pone y entra en la fase crepuscular, su posición en el horizonte hace que la luz recorra una distancia mayor para llegar a nosotros, dejando de ser perpendicular. Este cambio de ángulo da como resultado una menor incidencia, provocando que la luz azul se disperse antes de llegar a nuestros ojos. En cambio, dominan las longitudes de onda más largas, que se manifiestan como tonos rojizos. Es importante señalar que la dispersión de Rayleigh continúa ocurriendo, pero en un lugar diferente dentro de la atmósfera donde el Sol está en su cenit.
Historia
A lo largo de la historia, el cielo ha cautivado nuestra atención tanto durante el día como durante la noche. Ha servido de lienzo para que nuestra imaginación divague. Naturalmente, la curiosidad y la investigación científica no han estado exentas de esta fascinación. Al igual que ocurre con otros fenómenos cotidianos, como el cambio de color de las hojas o el origen de las lluvias, los investigadores han tratado de descubrir los misterios del cielo. En lugar de disminuir su atractivo místico, sus descubrimientos sólo han profundizado nuestra comprensión y admiración.
Durante sus experimentos con infrarrojos en 1869, Rayleigh se topó con un hallazgo inesperado: la luz dispersada por partículas diminutas tenía un sutil tinte azul. Esto lo llevó a especular que una dispersión similar de la luz solar era responsable del color azul del cielo. Sin embargo, no pudo explicar completamente por qué se prefería la luz azul o por qué el color del cielo era tan intenso, descartando el polvo atmosférico como única explicación.
El innovador trabajo de Lord Rayleigh sobre el color y la polarización de la luz del cielo se publicó en 1871. Su objetivo era medir el efecto Tyndall en las gotas de agua cuantificando la presencia de pequeñas partículas y los índices de refracción. Basándose en la prueba anterior de James Clerk Maxwell sobre la naturaleza electromagnética de la luz, Rayleigh demostró en 1881 que sus ecuaciones se derivaban del electromagnetismo. Ampliando sus hallazgos en 1899, amplió la aplicación a moléculas individuales, reemplazando los términos relacionados con los volúmenes de partículas y los índices de refracción por términos de polarizabilidad molecular.
Dispersión en materiales porosos
Los materiales porosos tienen la capacidad de exhibir dispersión de tipo Rayleigh, que sigue un patrón de dispersión λ-4. Este fenómeno es particularmente evidente en materiales nanoporosos, donde existe un contraste significativo en el índice de refracción entre los poros y las porciones sólidas de alúmina sinterizada. Como resultado, la dispersión de la luz se vuelve increíblemente intensa, provocando que cambie de dirección aproximadamente cada cinco micrómetros.
Este notable comportamiento de dispersión se atribuye a la estructura nanoporosa única lograda mediante el proceso de sinterización, que implica el uso de polvo de alúmina monodispersivo para crear una distribución estrecha de tamaños de poro, generalmente alrededor de 70 nm.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre el efecto Rayleigh y sus características.