Esparcimiento de la luz

En una entrada anterior definimos el motivo por el cual el cielo se ve azul normalmente, menos cuando el sol está cercano al horizonte en el orto y el ocaso (salida y puesta del sol).

Un breve recordatorio de qué es la luz: es una onda electromagnética. Aquí entramos un poco en el choque entre la física clásica y la física moderna. Los fotones son las partículas que componen la luz, pero la luz en sí no es un haz de partículas, aunque tampoco una onda en el sentido clásico. Para no confundir, tomaremos la definición que más nos convenga en cada caso. Estas ondas, dependiendo de su frecuencia (las veces que oscilan en un segundo), toman una “forma” u otra. Una onda de radio, o microondas, no difiere de la luz que podemos ver los humanos en nada más que en su frecuencia o longitud de onda.

Entremos ahora en el concepto de esparcimiento (también llamado dispersión). Proviene del inglés scattering y muy resumido sería, como la luz al pasar a través de un medio material, una parte de ella es desviada hacia otras direcciones.

Para visualizarlo, imaginemos la atmósfera, las partículas de nitrógeno, oxígeno… que la componen, como puntos singulares distribuidos en un espacio. La luz entraría por un extremo, e iría “rebotando” en cada una de esas moléculas. En esencia no es rebotar, sino que la luz es absorbida por la molécula, y reemitida luego en todas direcciones. Esto tiene sentido si imaginamos un rayo de luz: ¿por qué lo vemos? Lo vemos porqué parte de esa luz es desviada hacia nosotros, que lo vemos de lado.

Este es el proceso que estamos describiendo, se llama dispersión de Rayleigh. Ahora, ampliando un poco el tema de los colores. Todas las moléculas tienen resonancia en el ultravioleta. Esto significa, que tienen la capacidad para esparcir la luz ultravioleta, y cuanto más cerca de ella, más puede ser esparcida. Una imagen para recordarnos en qué posición está cada color:

Vemos pues, que cuanto más a la izquierda, más esparcida será la luz. Entonces, lo que pasa de por si es que se esparce mucho el ultravioleta y el violeta ¿Por qué no vemos el cielo violeta pues? El ultravioleta queda claro, que no podemos verlo (ultra-violeta, más allá del violeta, nuestro ojo no puede percibirlo). Con el violeta lo que pasa es que el ojo humano es menos sensible a él, o sea, es una cuestión biológica y no física. Si pudiéramos percibirlo igual que el azul, veríamos el cielo violeta, pero como podemos ver mejor el azul, éste predomina a nuestra vista.

Cuando hay un atardecer, los rayos del sol deben viajar más trozo de atmósfera, por lo que la luz cada vez es “menos energética” y está más esparcida. Recordemos que cuanto más cercano al violeta, más se esparce. Entonces, en esa situación, se ha esparcido ya toda la luz en el violeta, azul, verde y amarillo, quedando solo naranja y rojo.

 

Hay otro fenómeno, llamado difusión de Mie (o dispersión también, en algunos libros) que sucede en dirección a donde va el rayo. Puede uno hacerse una idea, imaginando la dispersión como ondas esféricas que emite cada molécula. Al ser esféricas, se esparcirán en todas direcciones, pero debemos tener en cuenta que el rayo principal, parte de él, no es absorbido. Por lo que sigue en dirección recta (podemos ver el sol de color blanco-amarillo, aunque el cielo sea azul), y este se suma a la dispersión en esa dirección.

Diferencia entre dispersión de Rayleigh y dispersión de Mie:

Saludos y hasta la próxima

Kapteyn

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