PERCHÈ IL CIELO È BLU?

Qual è il colore del cielo? Perché di giorno è azzurro, di notte nero, e visto dalla luna è nero sempre?

La luce e il prisma

Per capirlo dobbiamo partire ancora una volta dalla luce. La luce del sole, che ci appare bianca, è formata in realtà, per quanto riguarda la luce visibile, dalla sovrapposizione di sette colori. Questi colori non sono distinguibili ad occhio nudo, quindi normalmente non ce ne accorgiamo. Se però interviene un qualche fenomeno in grado di separarli ce ne rendiamo conto: è questo il caso dell’arcobaleno, o della copertina di The Dark Side of the Moon dei Pink Floyd, ehm volevo dire di un prisma trasparente, ad esempio di vetro o di cristallo.

Un prisma altro non è che una piramidina, nel nostro caso composta da un materiale che lasci passare luce, ed è in grado di scomporla, rivelandone le componenti, proprio grazie alla sua particolare forma: se illuminiamo un prisma con un fascio di luce verde facendolo entrare ad esempio dal lato sinistro, uscirà dal lato destro della piramidina con un certo angolo rispetto al lato di uscita, nel senso che non esce dritto per dritto come è entrato, ma un po’ stortignaccolo. Se facciamo la stessa cosa con un fascio di luce rossa, osserveremo un angolo di uscita diverso, ovvero non uscirà nella stessa direzione del fascio verde di prima. E così via per i vari colori. Quello che succede sparandoci luce bianca, è che la luce entra tutta insieme come un fascio bianco, ma in uscita vediamo i tanti colori diversi che la compongono, e che riusciamo a distinguere perché ogni colorino viene fuori con un angolo un po’ diverso: è una proprietà dovuta appunto al “colore” della luce e che grazie alla particolare geometria della piramidina scompone la luce, bianca in entrata, nei diversi colori che la compongono.

Come abbiamo visto quando abbiamo parlato dell’effetto fotoelettrico, la lunghezza d’onda, ovvero quanto distano le gobbe dell’onda corrispondente alla luce, è legata al suo colore. Ovvero: i diversi colori che formano la luce solare, in apparenza bianca, sono separati in uscita dal nostro prisma perché le varie componenti ne escono con angoli un po’ diversi.

Ovvero entra un fascio bianco unico, ed esce un fascio multicolore: perché la componente rossa esce dal prisma con un certo angolo rispetto alla superficie del prisma, quella arancione con un angolo un pochetto più grande e così via fino al violetto.

Lo stesso fenomeno accade per l’arcobaleno, solo che in quel caso invece che piramidine di vetro abbiamo goccioline d’acqua.

Il ruolo dell’atmosfera

Ok, quindi ora sappiamo che la luce solare che vediamo bianca è una sovrapposizione di 7 colori diversi. Perché però nel cielo vince il blu?

Oltre alla luce solare, l’altra componente che dobbiamo considerare per risolvere questo indovinello è l’atmosfera terrestre. La nostra atmosfera è composta da un sacco di particelle diverse, vari gas e pulviscolo, che ostacolano il passaggio della radiazione solare. Infatti, come abbiamo visto sempre nell’effetto fotoelettrico, la luce non è solo un’onda ma ha anche natura di particella.

Possiamo quindi immaginarci le particelle di luce come pallette di dimensioni diverse a seconda del loro colore: più grande è la lunghezza d’onda, più grande è anche il suo alter-ego palletta.

Quello che succede in presenza delle particelle dell’atmosfera è in un certo senso simile a uno scontro fra pallette: se una palla da calcio si scontra con una biglia di plastica, praticamente neanche la vede, ci passa sopra e non le fa quasi nessun effetto, perché è un sacco più grande. Se invece una biglia si scontra con un’altra biglia, interagiranno in qualche modo. Ecco, per la luce succede una cosa del genere: il rosso, il giallo e le lunghezze d’onda visibili più grandi passano attraverso l’atmosfera senza interagire granché con essa, perché per queste radiazioni qua le particelle dell’atmosfera sono troppo piccole. Viceversa, la lunghezza d’onda del violetto è invece troppo piccola per interagire più di tanto con le particelle, che “vede” molto grosse (in realtà una piccola parte ci riesce, ma non complichiamo troppo il discorso).

Invece la radiazione blu si comporta come nel caso biglia contro biglia: interagisce con le particelle dell’atmosfera, venendo diffusa in tutte le direzioni (effetto tra l’altro amplificato dalla sua stessa lunghezza d’onda, a un livello più dettagliato della descrizione, quindi a me tocca menzionarlo e a voi fidarvi), e colorando quindi per noi il cielo di blu.

Questo ci spiega anche perché dalla luna il cielo appare nero: la luna infatti non ha atmosfera, quindi nessun colore può essere spalmato nel suo cielo per colorarlo.

A-ah! direte voi, allora ho pure capito perché il cielo di notte è nero! Dato che il sole è dall’altra parte della terra, non ci arriva luce e quindi non può diffondersi e colorare il cielo di azzurro! Ni. In parte sì, ma oltre al sole esistono un saaaacco di altre stelle là fuori, che ci aspetteremmo dessero il loro illuminante contributo.

In realtà il cielo di notte ci appare nero perché l’universo è in espansione, ma ne parleremo in una prossima puntata…

Autore: Benedetta Cerruti