SpaghettiPhoto - Di che colore è il cielo?

spaghettiscience (61)in #ita • 6 years ago (edited)

Dopo una faticosa sessione di esami, trascorsa sudando sui libri in attesa delle tanto sognate vacanze, finalmente ci siamo... È il momento del sole, della piscina, del relax... Delle nuvole! Eh già, perché nel primo giorno di vera vacanza il sole decide di sparire dietro le nuvole.

_{ORIGINAL SHOT BY SPAGHETTISCIENCE}

Una cosa positiva, però, la si trova comunque: il sole, nel suo giocare a nascondino, regala questo spettacolo che è impossibile non fissare in una fotografia.

Il colore del cielo

Una fotografia può trasmettere emozioni e stupire per tanti motivi, e in questo caso a colpire sono i colori e le sfumature che il sole genera nascosto dietro alle nuvole. Questo porta i più curiosi a porsi alcune domande che appaiono quasi filosofiche, ma che sono meno scontate di quanto si possa pensare.

Osservando questo spettacolo, allora, ci si potrebbe chiedere "perché vediamo il cielo azzurro"? E ancora, "perché alcune nuvole hanno un colore bianco candido mentre altre sono più scure"?

Riguardo la prima domanda, è necessario fare alcune presse. Prima di tutto, la luce è composta da una serie di onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda diversa, e il nostro occhio è in grado di percepirne solo una parte (da 380nm a 720nm) che va dal violetto al rosso.

_{Immagine CC BY-SA 3.0 - Fonte}

Ogni elemento, quando eccitato, è in grado di emettere luce a diverse lunghezza d'onda. Gli elementi che compongono il nostro sole emettono praticamente in tutto lo spettro del visibile (e oltre), e le diverse lunghezze d'onda sommate ci restituiscono una luce fondamentalmente bianca, formata da tutti i colori.
La nostra atmosfera, però, è formata una miscela di vari gas, e proprio a causa di questa composizione eterogenea, possiamo immaginarla come un filtro che interagisce in maniera diversa con la diverse componenti della luce.
Ogni colore ha una lunghezza d'onda diversa, e ciascuna lunghezza d'onda si comporta in maniera differente quando incontra la particelle dell'atmosfera.
In particolare, i colori come il giallo, il rosso e l'arancione hanno lunghezze d'onda elevate, più "grandi" della maggior parte delle particelle atmosferiche; riescono quindi ad insinuarsi tra queste particelle arrivando a noi in modo quasi diretto, senza essere scomposte o rifratte. E infatti, la sagoma del sole ci appare molto netta.
I colori che tendono al blu e all'azzurro, invece, hanno lunghezze d'onda minori, confrontabili con le dimensioni delle particelle atmosferiche; per questo motivo interagiscono con esse in modo importante, e la luce di questi colori viene rifratta in tutte le direzioni più e più volte, colorando di fatto tutto il cielo. La luce blu viene scatterata a tal punto che, guardando il cielo, si ha la sensazione che provenga da tutte le direzioni.
All'alba e al tramonto i colori appaiono diversi perché la luce attraversa una porzione di atmosfera maggiore, e il blu viene quasi completamente perso a causa della diffusione negli strati alti, mentre il rosso e l'arancio riescono ad arrivare fino a noi.

_{Immagine CC BY-SA 3.0 - Fonte}
Il fenomeno appena descritto, che rappresenta il passaggio selettivo e la conseguente diffusione delle varie lunghezze d’onda, prende il nome di Rayleigh scattering (in onore di Lord John Rayleigh che descrisse questo fenomeno nella seconda metà dell’800) ed è proprio il motivo per cui vediamo il cielo azzurro.

Passando al secondo quesito, resta da svelare il perché del colore delle nuvole. In questo caso entra in gioco la riflettanza. Si tratta di un parametro usato in ottica che esprime il rapporto tra l’intensità del flusso radiante riflesso e quella del flusso radiante incidente; tuttavia, può essere spiegata più semplicemente come “la capacità di riflettere parte della luce incidente su una data superficie o su un materiale”. Il colore delle nubi, quindi, rappresenta un bilancio della luce che viene riflessa e quella che riesce a passare. La quantità di luce riflessa è comunque dipendente dalla densità della singola nuvola, e a sua volta la densità dipende dallo stato di aggregazione delle goccioline di acqua. Le nubi, infatti, contrariamente a quanto molti potrebbero pensare, non sono formate da vapore, ma da gocce d'acqua, che prima di un temporale aggregano in goccie più grandi e precipitano al suolo. Le nubi di un temporale, quindi, hanno una densità minore, perché le gocce sono più aggregate; questo fa calare la riflettanza, e una quantità minore di luce viene riflessa, facendo apparire le nubi più scure.
Il colore che percepiamo da terra, inoltre, è influenzato dallo spessore della nube.