Perché il cielo è azzurro?

Il segreto sta nelle dimensioni delle molecole che compongono l’aria. Ma procediamo con ordine.

La luce bianca che ci arriva dal sole, come tutti sanno, è in realtà composta da diversi colori: nello specifico essa è costituita da radiazione elettromagnetica (onde), e i diversi colori corrispondono alle diverse lunghezze d’onda λ della radiazione elettromagnetica, cioè alla distanza tra due creste successive dell’onda [λ è una lettera greca che si pronuncia “lambda” – ndr]. Radiazioni di colore rosso hanno una λ attorno ai 700 nm, mentre radiazioni di colore blu-violetto hanno una λ di circa 400 nm (1 nm = 1 miliardesimo di metro), e tutte le radiazioni di lunghezza d’onda intermedia hanno colori che variano tra il rosso ed il violetto passando per l’arancione, il giallo, il verde e il blu.

Quando la radiazione elettromagnetica attraversa un mezzo come un liquido o un gas (per esempio l’atmosfera), le molecole del mezzo si comportano come “centri diffusori” della radiazione: in altre parole, è come se la luce “sbattesse” contro le suddette molecole e venisse deviata casualmente in un’altra direzione. Il processo d’urto, che viene detto “scattering Rayleigh” (dal nome del fisico che studiò questo fenomeno), non avviene in modo identico per radiazioni di qualsiasi lunghezza d’onda, ma ha una probabilità proporzionale a 1/λ^4, cioè è estremamente più probabile per le basse lunghezze d’onda (luce blu e violetta) piuttosto che per quelle alte (luce rossa). Questa legge di diffusione è valida per tutte quelle molecole che hanno una dimensione molto più piccola della lunghezza d’onda della luce, come per esempio quelle che compongono l’aria.

Quindi, quando la luce solare attraversa l’atmosfera, le radiazioni blu vengono diffuse con maggiore probabilità dalle molecole dell’aria, e pertanto arrivano in maggior numero ai nostri occhi (rispetto agli altri colori, che non vengono deviati così tanto). Ecco perché il cielo ci appare blu.

Per lo stesso motivo, quando guardiamo il cielo al tramonto, esso ci appare rosso: la luce del sole infatti viaggia, in questo caso, direttamente verso di noi, e deve attraversare un numero molto elevato di strati d’aria (molti di più di quando osserviamo il sole a mezzogiorno): quindi le radiazioni di colore blu, verde e giallo vengono per la maggior parte diffuse, e ai nostri occhi arrivano invece quelle rosse e arancioni, che hanno subito pochi urti ed hanno proseguito più o meno in linea retta.

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