Cieli verdi e soli rossi

Nel verdeeeee dipinto di verdeeeee……

Suona male, vero?

Avete mai pensato a perché il cielo è blu? E non verde smeraldo? O giallo zafferano? O marrone cacca?

Dal Sole ai nostri occhi passando dal cielo

Quando contempliamo un punto X nel cielo, il suo colore è determinato dal tipo di luce che, partendo dal Sole e passando da X, va a finire nei nostri occhi. L’ordine delle cose è il seguente: la luce inizia il suo viaggio nel Sole, arriva nell’atmosfera terrestre e colpisce le molecole di aria che si trovano nel punto X che stiamo guardando. Le molecole del punto X riflettono la luce in tutte le direzioni e creano la cosiddetta “luce diffusa”, cioè una luce che non proviene direttamente dalla sua sorgente (il Sole) ma che è stata deviata nel suo percorso. Tra le varie direzioni possibili verso le quali la luce viene riflessa, ce n’è una molto particolare: quella che porta la luce dritta verso i nostri occhi.

Come determiniamo il colore?

Una volta entrata nell’occhio, il cervello analizza la lunghezza d’onda di questa luce e ci dice: “BLU!” se è intorno ai 450 nm, “VERDE” vicino ai 500 nm, e “ROSSO” a 700 nm o giù di lì. Per intenderci, 500 nm (nanometri) sono 0.0005 millimetri, e questa è la distanza tra due successivi picchi dell’onda luminosa che il nostro cervello interpreta come verde. Il colore che percepiamo è dunque esclusivamente definito dalla lunghezza d’onda dominante che entra nei nostri occhi.

Perchè il cielo è blu?

Ok, ma vieni al dunque: perchè il cielo è blu? Ecco la ragione. Le molecole dell’atmosfera sono bravissime a diffondere le onde “corte” ma sono scarsine a diffondere le onde luuuuunghe che invece tirano dritto senza farsi troppe seghe mentali. Questo fenomeno si chiama effetto Rayleigh [1] e avviene quando le molecole che diffondono la luce sono molto più piccole della lunghezza d’onda della luce stessa. Questo è vero per i maggiori componenti dell’atmosfera, cioè le molecole di azoto e ossigeno, entrambe più piccole di 1 nm.

Risultato? A meno che non guardiamo il sole dritto in faccia (e non fatelo…) le onde lunghe non raggiungeranno mai i nostri occhi perché deviano quasi mai nel loro percorso. Dunque alla fine vedremo un sacco di onde blu (il colore più “corto”) e pochissimo giallo e rosso (i colori più “lunghi”)! Il nostro cervello capirà che un sacco di onde a 400-500 nm sono entrate nell’occhio e dirà: “A-ha! Questo cielo è proprio BLU!”

Perchè il sole è giallo?

L’effetto Rayleigh “al negativo” è invece responsabile del colore del Sole. Avete mai notato che il Sole visto dallo spazio è proprio bianco bianco, mentre visto dalla Terra si avvicina più al giallo? Come abbiamo appena menzionato, alle onde corte piace modificare il loro percorso mentre le onde lunghe amano tirare dritto. Al contrario del colore del cielo, il colore del Sole visto dalla Terra è determinato dalle onde luminose che raggiungono i nostri occhi direttamente dal Sole, senza subire alcuna deviazione. Poiché il blu viene diffuso più degli altri colori, la luce del Sole (originariamente bianca) perde la sua componente blu e appare come la somma degli altri colori, che viene interpretata dal nostro cervello come giallo.

Alla ricerca di un cielo verde

E se un giorno ci svegliamo con le scatole piene di questo maledetto cielo blu? E volessimo un bel firmamento verde hulkiano? Beh, una possibilità è portarsi a spasso la Terra per qualche decina di anni luce e parcheggiarla vicino a una stella un po’ più fredda del Sole, per esempio Aldebaran [2].

A causa della sua minore temperatura, Aldebaran emitte molta meno luce a lunghezza corta rispetto al Sole e, in particolare, il blu è quasi assente, mentre giallo e rosso sono abbondanti. Infatti, Aldebaran appare arancione. A differenza del Sole, la lunghezza d’onda più corta con una presenza importante nello spettro di Aldebaran è intorno al verde [3].

Allora, allora…cosa succede una volta parcheggiata la Terra di fronte ad Aldebaran? Le molecole dell’atmosfera terrestre vogliono diffondere le onde più corte, ma vicino a questa stella le onde blu sono proprio scarseggianti e dunque le prossime onde in fila per essere deviate verso i nostri occhi sono quelle verdi! Il colore preciso del cielo dipende dal peso delle varie lunghezze d’onda nella luce emessa da Aldebaran, ma in generale ci aspettiamo che il cielo terrestre dopo questo “cambio di stella” sia piuttosto vicino al verde!

Cielo nero spaziale

Nello spazio il fenomeno della diffusione della luce non esiste, perché le molecole sono del tutto assenti: lo spazio è vuoto. Per questa ragione, il “cielo” visto dallo spazio è semplicemente nero, che è il colore percepito quando non arriva proprio nulla nei nostri occhi.

Cielo rosso tramonto

Ritornando sulla Terra, la storiella del cielo blu non è sempre vera. Tutti sappiamo che cielo è blu di giorno ma spesso si colora romanticamente di arancione-rosso all’alba e al tramonto, soprattutto nelle zone vicino al Sole. Che succede in questo caso?

Nel discutere l’effetto Rayleigh alla base del colore del cielo, abbiamo omesso un particolare non proprio insignificante: le molecole dell’atmosfera non si limitano a diffondere la luce ma possono anche assorbirla e fare in modo che essa non raggiunga mai i nostri occhi. Proprio come nell’effetto Rayleigh, le onde più corte vengono assorbite in maniera più efficiente rispetto alle onde lunghe [4].

Nel cielo diurno, questo effetto non è molto importante perché la luce del sole penetra l’atmosfera dall’alto e non deve percorrere grandi distanze prima di arrivare ai nostri occhi. Al contrario, quando il Sole è vicino all’orizzonte, la luce deve attraversare un tratto di atmosfera molto più lungo prima di arrivare a noi. Questo dà tempo alle molecole dell’aria di assorbire buona parte delle onde corte (blu e verde) e lasciarci una maggioranza di onde lunghe (giallo e rosso). Anche la luna è spesso rossa quando è vicino all’orizzonte, e la ragione è la stessa!

Cielo marziano

A proposito di colori caldi, che dire del rosso cielo di Marte immortalato dai rover della NASA? Questo è in realtà un fenomeno completamente diverso. Marte non è un posto molto ospitale, e le tempeste di polveri sono frequenti. Queste polveri sono ricche di particelle di ossido di ferro (ruggine!) che ricadono lentamente al suolo al termine della tempesta. La ruggine è rossa, dunque in questo caso il colore del cielo è semplicemente una conseguenza del colore delle polveri presenti nel cielo.

Quando tutto si è placato e le polveri sono ricadute al suolo, il cielo di Marte non è molto diverso dal cielo terrestre, ma è di un blu più scuro. La scurezza è dovuta al fatto che l’atmosfera di Marte è più sottile dell’atmosfera terrestre. Poiché il colore del cielo è dovuto all’effetto Rayleigh, più sottile è l’atmosfera meno tempo ha la luce per essere diffusa. Il risultato è un colore che è una via di mezzo tra il blu brillante del cielo terrestre e il nero dello spazio.

 

Fonti:

[1] https://it.wikipedia.org/wiki/Scattering_di_Rayleigh

[2] https://it.wikipedia.org/wiki/Aldebaran

[3] https://www.ltam.lu/physique/astronomy/spectroscopy/star_spec/star_spec.html

[4] https://julien-chimot-research.blog/solar-light-interaction-with-the-atmosphere