El cielo no es solo azul: el brillo del aire lo hace verde, amarillo y rojo también

Mira hacia arriba en un día claro y soleado y verás un cielo azul. Pero, ¿es este el verdadero color del cielo? ¿O es el único color del cielo?

Las respuestas son un poco complicadas, pero involucran la naturaleza de la luz, los átomos y las moléculas y algunas partes peculiares de la atmósfera terrestre. Y grandes láseres también, ¡para la ciencia!

¿Cielos azules?

Entonces, lo primero es lo primero: cuando vemos un cielo azul en un día soleado, ¿qué estamos viendo? ¿Estamos viendo nitrógeno azul u oxígeno azul? La respuesta simple es no. En cambio, la luz azul que vemos es luz solar dispersa.

El Sol produce una amplia espectro de luz visible, que vemos como blanco pero incluye todos los colores del arcoíris. Cuando la luz del sol atraviesa el aire, los átomos y las moléculas de la atmósfera dispersan la luz azul en todas las direcciones, mucho más que la luz roja. Esto se llama dispersión de Rayleigh y da como resultado un Sol blanco y cielos azules en días despejados.

Al atardecer podemos ver este efecto marcado, porque la luz del sol tiene que atravesar más aire para llegar a nosotros. Cuando el Sol está cerca del horizonte, casi toda la luz azul se dispersa (o es absorbida por el polvo), por lo que terminamos con un Sol rojo rodeado de colores más azules.

Pero si todo lo que estamos viendo es luz solar dispersa, ¿cuál es el verdadero color del cielo? Tal vez podamos obtener una respuesta por la noche.

El color de los cielos oscuros.

Si miras el cielo nocturno, obviamente está oscuro, pero no es completamente negro. Sí, están las estrellas, pero el mismo cielo nocturno brilla. Esto no es contaminación lumínica, sino la atmósfera que brilla naturalmente.

En una noche oscura sin luna en el campo, lejos de las luces de la ciudad, puedes ver los árboles y las colinas recortadas contra el cielo.

Este resplandor, llamado airglow, es producido por átomos y moléculas en la atmósfera. En luz visible, el oxígeno produce luz verde y roja, las moléculas de hidroxilo (OH) producen luz roja y el sodio produce un amarillo enfermizo. El nitrógeno, aunque mucho más abundante en el aire que el sodio, no contribuye mucho a la luminosidad del aire.

Los distintos colores del resplandor del aire son el resultado de átomos y moléculas que liberan cantidades particulares de energía (cuantos) en forma de luz. Por ejemplo, en altitudes elevadas, la luz ultravioleta puede dividir las moléculas de oxígeno (O₂) en pares de átomos de oxígeno, y cuando estos átomos luego se recombinan en moléculas de oxígeno, producen una luz verde distintiva.

Luz amarilla, estrellas fugaces e imágenes nítidas

Los átomos de sodio constituyen una fracción minúscula de nuestra atmósfera, pero constituyen una gran parte del resplandor del aire y tienen un origen muy inusual: las estrellas fugaces.

Puedes ver estrellas fugaces en cualquier noche clara y oscura, si estás dispuesto a esperar. Son meteoritos diminutos, producidos por granos de polvo que se calientan y vaporizan en la atmósfera superior mientras viajan a más de 11 kilómetros por segundo.

Cuando las estrellas fugaces resplandecen en el cielo, a unos 100 kilómetros de altitud, dejan tras de sí un rastro de átomos y moléculas. A veces puedes ver estrellas fugaces con distintos colores, como resultado de los átomos y moléculas que contienen. Las estrellas fugaces muy brillantes pueden incluso dejar rastros de humo visibles. Y entre esos átomos y moléculas hay una pizca de sodio.

Esta alta capa de átomos de sodio es realmente útil para los astrónomos. Nuestra atmósfera está en constante movimiento, es turbulenta y desdibuja las imágenes de los planetas, las estrellas y las galaxias. Piensa en el brillo que ves cuando miras a lo largo de un largo camino en una tarde de verano.

Para compensar la turbulencia, los astrónomos toman imágenes rápidas de estrellas brillantes y miden cómo se distorsionan las imágenes de las estrellas. Se puede ajustar un espejo deformable especial para eliminar la distorsión, produciendo imágenes que pueden ser más nítidas que las de los telescopios espaciales. (Aunque los telescopios espaciales todavía tienen la ventaja de no mirar a través del resplandor del aire).

Esta técnica, llamada «óptica adaptativa», es poderosa, pero tiene un gran problema. No hay suficientes estrellas brillantes naturales para que la óptica adaptativa funcione en todo el cielo. Así que los astrónomos hacen sus propias estrellas artificiales en el cielo nocturno, llamadas «estrellas guía láser».

Esos átomos de sodio están muy por encima de la atmósfera turbulenta, y podemos hacerlos brillar intensamente disparándoles un láser de potencia sintonizado con el distintivo amarillo del sodio. La estrella artificial resultante se puede utilizar para la óptica adaptativa. La estrella fugaz que ves en la noche nos ayuda a ver el Universo con una visión más nítida.

Así que el cielo no es azul, al menos no siempre. También es un cielo nocturno que brilla en la oscuridad, coloreado con una mezcla de verde, amarillo y rojo. Sus colores son el resultado de la luz solar dispersa, el oxígeno y el sodio de las estrellas fugaces. Y con un poco de física y algunos láseres grandes, podemos crear estrellas amarillas artificiales para obtener imágenes nítidas de nuestro cosmos.

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