Il cielo è azzurro per via delle lunghezze d’onda
in foto: Il cielo è azzurro per via delle lunghezze d’onda

Quando si è piccoli arriva sempre il momento in cui ci si chiede come mai il cielo sia azzurro. Il motivo sta tutto nelle lunghezze d'onda delle onde elettromagnetiche che compongono la luce del Sole.

La luce del Sole

La luce del Sole, o meglio la radiazione solare, rappresenta l'insieme di onde elettromagnetiche che hanno lunghezze differenti e che interagiscono in modi diversi con gli elementi che incontrano durante il loro cammino verso la Terra. La lunghezza delle onde è ciò che ci permette di distinguere i diversi colori, quello che in fisica viene chiamato spettro visibile che varia dal violetto al rosso, passando per tutti i colori visibili all'occhio umano, e che va dai 380 nm ai 760 nm, dove la lunghezza minore è detta ultravioletto e quella maggiore infrarosso. Nel dettaglio:

  • Violetto 380 – 450 nm
  • Blu 450 – 475 nm
  • Ciano 476 – 495 nm
  • Verde 495 – 570 nm
  • Giallo 570 – 590 nm
  • Arancione 590 – 620 nm
  • Rosso 620 – 750 nm

La diffusione della luce

Per arrivare ai nostri occhi le onde devono attraversare l'atmosfera terrestre che è composta per il 78% da azoto e per il 21% da ossigeno, mentre il restante 1% lo fanno l'argon, l'acqua (sotto forma gassosa, liquida e solida), le polveri, le ceneri e i sali. Nel tentativo di passare oltre ai vari strati di atmosfera, la luce emessa dal Sole si scontra con queste componenti e viene assorbita o diffusa. In quest'ultimo caso parliamo di scattering elastico, quel processo per il quale due particelle collidono modificando la propria traiettoria.

Lo scattering di Rayleigh

Il cielo stellato di notte
in foto: Il cielo stellato di notte

Secondo quanto definito dallo scattering di Rayleigh, che prende il nome dal fisico che lo scoprì, il Premio Nobel John William Strutt Rayleigh, se ciò contro cui si scontrano è più grande delle lunghezze d'onda della luce, queste si diffondono uniformemente in tutte le direzioni, ma se le particelle risultano più piccole delle lunghezze d'onda della luce, come nel caso delle molecole di gas, la situazione varia a seconda della singola lunghezza d'onda, o per meglio dire, “varia inversamente con la potenza quarta della lunghezza d'onda”. Ciò significa che la quantità di luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda: più la lunghezza d'onda è minore, maggiore sarà la sua diffusione.

Ed ecco perché il cielo è azzurro

Il cielo può essere anche viola
in foto: Il cielo può essere anche viola

Sappiamo che la lunghezza d'onda corrispondente al colore rosso è quella maggiore e per questo, considerando la legge di Reyleigh, attraversa indisturbata le particelle che incontra procedendo sulla propria traiettoria. Mentre quelle relative al blu, che sono più corte, vengono diffuse in tutte le direzioni, quindi ovunque noi guardiamo, il cielo ci appare blu. Praticamente le lunghezze d'onda corrispondenti al blu irradiano l'atmosfera coprendo le stelle. Viene da chiedersi perché non lo vediamo violetto, visto che in realtà la lunghezza d'onda minore corrisponderebbe a questo colore. Il motivo risiede nel nostro occhio che è più sensibile alla lunghezza d'onda corrispondente al blu. In realtà, l'azzurro che vediamo è una media pesata tra il violetto, il blu e il verde.