Tutti ci siamo chiesti almeno una volta nella vita: perché il cielo è blu? E perché a volte appare azzurro, rosso, viola o di altri colori? Il cielo infatti, con il suo incantevole e mutevole colore, ha sempre affascinato l’umanità. La comprensione del fenomeno scientifico alla base del colore del cielo ci permette di apprezzare ancora di più la sua bellezza. Tutto dipende dall’interazione tra atmosfera e luce solare. Ecco in che modo.
La chiave per comprendere il colore del cielo risiede nella luce solare. Essa è in realtà composta da un insieme di colori che insieme formano lo spettro visibile. Questo spettro comprende tutte le lunghezze d’onda che corrispondono ai diversi colori. La luce solare, come sappiamo, è di colore bianco. Ma come avviene la separazione dei colori all’interno della luce solare? Questo è possibile grazie a fenomeni come la dispersione e lo scattering della luce.
La dispersione della luce è un fenomeno che avviene quando la luce si separa nelle sue diverse componenti, cioè i colori che la compongono. Questo fenomeno è responsabile della creazione dello spettro di colori che osserviamo, come avviene per l’arcobaleno.
Il processo di diffusione è uno dei meccanismi che contribuiscono alla dispersione della luce. Quando la luce incide su particelle sospese nell’atmosfera, come polveri, molecole d’aria o goccioline d’acqua, viene deviata dalla sua traiettoria originale e diffusa in diverse direzioni. Ciò provoca la separazione delle lunghezze d’onda che compongono la luce. La diffusione Rayleigh è un tipo particolare di diffusione che ha un ruolo significativo nel colore del cielo. Questo fenomeno avviene quando le dimensioni delle particelle presenti nell’atmosfera sono molto più piccole della lunghezza d’onda della luce incidente. La luce con lunghezze d’onda più corte, come il blu, subisce una diffusione più intensa rispetto alle lunghezze d’onda più lunghe, come il rosso.
Lo scattering della luce si riferisce alla deviazione della luce dovuta all’interazione con particelle più piccole rispetto alla lunghezza d’onda della luce stessa. Nel contesto del colore del cielo, lo scattering Rayleigh è il processo predominante. Questo tipo di scattering avviene quando la dimensione delle particelle in atmosfera è molto più piccola della lunghezza d’onda della luce incidente. Lo scattering Rayleigh è anche responsabile del fenomeno per cui il cielo appare più chiaro e azzurro vicino all’orizzonte e più scuro in alto. Ciò accade perché, quando la luce attraversa un percorso più lungo nell’atmosfera, viene diffusa in modo più intenso. Quando invece la luce viene osservata in direzione verticale, il percorso attraverso l’atmosfera è più breve, quindi la diffusione è meno pronunciata.
Una volta compresi i meccanismi di dispersione della luce, è importante comprendere le caratteristiche dell’atmosfera. Questa è composta da particelle come molecole d’aria, polveri sospese e goccioline d’acqua. Le particelle presenti nell’atmosfera diffondono maggiormente la luce blu rispetto agli altri colori. Questo avviene perché la luce blu ha lunghezze d’onda più corte e viene più intensamente diffusa dalle particelle atmosferiche di dimensioni inferiori alle lunghezze d’onda della luce stessa. Quando la luce blu viene diffusa in tutte le direzioni, noi la percepiamo come proveniente da tutte le parti del cielo. Di conseguenza, il cielo appare di colore blu per noi osservatori sulla superficie terrestre. Le altre lunghezze d’onda dei colori visibili, come il rosso e il verde, sono anch’esse diffuse, ma in misura minore rispetto al blu.
Se immaginassimo di trovarci in un luogo senza atmosfera, come nello spazio profondo, il cielo apparirebbe molto diverso da come lo vediamo sulla Terra. Senza l’atmosfera, non ci sarebbero particelle come molecole d’aria o polveri che diffondono la luce. Quindi, anziché vedere un cielo azzurro o di altri colori durante il giorno, vedremmo semplicemente il buio dello spazio. Ecco perché, ad esempio, il cielo lunare non è azzurro ma scuro. Tuttavia, saremmo ancora in grado di vedere il Sole e le stelle. Senza l’atmosfera terrestre che provoca l’effetto di “sfocatura” o “diffusione” della luce delle stelle, esse apparirebbero più nitide e brillanti.
Abbiamo visto che il colore del cielo dipende dalla dispersione della luce solare nell’atmosfera e dalla sensibilità dei nostri occhi alle diverse lunghezze d’onda. Poiché la diffusione Rayleigh è più efficace per le lunghezze d’onda più corte, come il blu, di norma percepiamo il cielo come blu. Questo effetto è particolarmente evidente durante il giorno, quando la luce solare diretta è più intensa. Durante il giorno, il cielo può variare dal blu intenso al turchese e al celeste, a seconda delle particolari condizioni atmosferiche e dell’angolo di osservazione. Durante l’alba e il tramonto il cielo può offrire una varietà di colori spettacolari, come l’arancione, il rosso, il rosa e il viola. Inoltre, in presenza di fenomeni atmosferici come l’arcobaleno, i colori del cielo possono includere tutte le sfumature dell’iride, che vanno dal rosso al violetto.
La percezione dei colori avviene attraverso un complesso processo nell’occhio umano. La nostra retina, situata nella parte posteriore dell’occhio, contiene cellule fotosensibili chiamate coni. I coni sono responsabili della percezione dei colori e sono sensibili a diverse lunghezze d’onda della luce. Nella nostra visione del cielo, ciò che percepiamo come “blu” o “azzurro” è influenzato dalla risposta dei coni alle diverse lunghezze d’onda della luce che raggiungono la retina. La percezione del blu e dell’azzurro può variare da persona a persona, perché la sensibilità dei coni può differire leggermente tra gli individui.
La luce solare che arriva alla superficie terrestre può variare a seconda dell’angolazione di incidenza, della presenza di nuvole o di altre particelle atmosferiche. La luce del sole al mattino o al tramonto tende ad attraversare uno strato atmosferico più spesso rispetto al mezzogiorno. Durante queste ore del giorno, l’atmosfera disperde maggiormente la luce, causando una maggiore diffusione delle lunghezze d’onda più corte, come il blu. Prevalgono quindi le lunghezze d’onda più lunghe, come il rosso, l’arancione e il rosa.
Durante la notte, il cielo appare scuro poiché non c’è luce solare diretta che lo illumini. Quando il sole si trova sotto l’orizzonte, la nostra parte del pianeta è rivolta lontano dalla fonte di luce. Di conseguenza, l’atmosfera e gli oggetti nello spazio assorbono la luce solare, rendendo il cielo notturno molto più scuro. Inoltre, la presenza di nuvole, polveri o altre particelle nell’atmosfera può influenzare la percezione del colore del cielo. Ad esempio, la presenza di particelle sospese può rendere il cielo grigio o biancastro anziché blu intenso.
Le nuvole basse e dense tendono a bloccare la luce solare diretta, causando un aspetto grigio o biancastro al cielo. Al contrario, le nuvole alte e sottili possono filtrare la luce solare, creando effetti di luce e ombra sul cielo. Inoltre, particelle come la polvere o l’inquinamento atmosferico possono interagire con la luce solare, modificando il colore del cielo e rendendolo più grigio o appannato.
Il cielo azzurro è un fenomeno affascinante e possiamo spiegarlo ai bambini in modo semplice utilizzando un linguaggio adatto alla loro comprensione. Ecco alcuni suggerimenti.
Parliamo ai bambini del cielo come un’enorme coperta che avvolge tutto intorno a noi. Questa coperta è fatta di aria e piccole particelle invisibili chiamate molecole. Quando il sole splende, la sua luce attraversa l’atmosfera, come un faro che illumina il mondo. Le molecole nell’atmosfera agiscono come piccoli specchi. Quando la luce del sole incontra queste molecole, si diffonde in tutte le direzioni. Ma c’è una cosa speciale: la luce blu lo fa più di ogni altra luce. È come se le molecole fossero molto amichevoli con il blu, quindi lo fanno “rimbalzare” ovunque. Questo può essere un modo semplice per spiegare ai piccoli perché il cielo appare azzurro, senza rinunciare a dare loro una spiegazione scientifica !
Ma come rispondere se ci chiedono perché il cielo cambia colore? Bene, anche gli altri colori sono presenti, ma la luce blu è così forte che sembra dominare il cielo. Possiamo dire loro che gli altri colori sono più timidi e si nascondono dietro al blu. Quando il sole inizia a tramontare, il cielo può cambiare colore. Potrebbe diventare arancione, rosa o addirittura rosso! Questo succede perché il sole è molto basso sull’orizzonte e la luce deve attraversare un pezzo più lungo dell’atmosfera. Durante questo viaggio, la luce blu si disperde, facendo emergere gli altri colori.