¿Por qué el cielo nunca es verde? Puede ser azul o naranja, ¡y el verde está en el medio!

El cielo no se salta la gama verde de frecuencias. El cielo es verde. Elimina la luz dispersa del Sol y la Luna e incluso la luz de las estrellas, si así lo deseas, y te quedará algo llamado brillo de aire (mira el enlace, es increíble, excelentes fotos y una buena explicación).

Debido a que el enlace hace un buen trabajo al explicar el brillo del aire, me saltaré el meollo del asunto.

Así que podrías estar pensando: "Jim, eres un fanático del techo medio loco, ¡todo el mundo sabe que el cielo nocturno es negro!". Bueno, solo tienes la mitad de razón. El cielo nocturno no es negro. El enlace de arriba explica la ciencia, pero si eso no es lo suficientemente bueno, intente recordar un momento en el que podría haber estado en el campo. No hay luces brillantes de la ciudad, solo el cielo nocturno y los árboles. Ahora, cuando miras al horizonte, ¿puedes ver los árboles? Sí, son siluetas negras contra el cielo nocturno. Pero, ¿cómo podrías ver negro contra negro? El cielo nocturno no es negro. Es verde gracias al brillo del aire (o, si estás cerca de una ciudad, naranja gracias a la contaminación lumínica).

Detente, es hora de la foto. Aquí hay una vista por encima de la atmósfera del cielo nocturno de Wikipedia:

Y uno del enlace que publiqué, en caso de que no lo hayas revisado:

Mira, no te preocupes por el verde. El cielo se vuelve verde todo el tiempo.

Tenga en cuenta bien: lo que percibimos como color es un tema un poco complicado. Esta es una pregunta diferente, una que ha sido formulada y respondida varias veces en este sitio. Según la respuesta típica del ojo humano, la luz solar en la parte superior de la atmósfera es tan "blanca" como "blanca" puede ser.

Parte de esa luz solar entrante se refleja de nuevo en el espacio, parte es absorbida por la atmósfera y parte es dispersada por la atmósfera. Hay dos tipos principales de dispersión: la dispersión de Rayleigh, que dispersa selectivamente la luz de alta frecuencia (violeta y azul) mucho más que la luz de baja frecuencia (roja), y la dispersión de Mie, que dispersa la luz de forma más o menos uniforme en todo el espectro. La dispersión de Rayleigh es un fenómeno de cielo despejado. La dispersión de Mie se produce cuando se suspenden en el aire pequeñas gotas de agua (p. ej., nubes).

El cielo es azul al mediodía en un día despejado debido a la dispersión de Rayleigh. La atmósfera refracta selectivamente el extremo violeta/azul del espectro. Después de sufrir una gran cantidad de tales refracciones, parte de esa luz refractada llega al suelo. El resultado: un cielo azul. Tenga en cuenta que veríamos un Sol blanco sobre un fondo negro si no se produjera esta refracción. Esto es lo que ven los astronautas y cosmonautas en el espacio.

Al amanecer y al atardecer, las partes violeta, azul y verde de la luz solar entrante casi desaparecen. El resultado: Vemos un sol bastante rojizo. Todavía vemos un cielo predominantemente azul incluso al amanecer y al atardecer. Es solo en el horizonte donde vemos un cielo de color rojizo. La dispersión de Rayleigh también afecta la luz roja, pero no con tanta fuerza. Ese cielo de color rojo es en parte el resultado de la dispersión de Rayleigh. La luz de alta longitud de onda se ha dispersado. La luz roja, en mucha menor medida. La luz solar rojiza que atraviesa cientos de kilómetros del cielo del amanecer/atardecer también se dispersa eventualmente, por lo que vemos esa luz rojiza como un cielo rojizo. Un poco nublado hace que los amaneceres y atardeceres sean aún mejores porque ahora también puede ocurrir la dispersión de Mie.

Con respecto al verde, se puede ver un cielo verdoso al amanecer/atardecer. A menudo hay una banda estrecha entre el cielo azul lejos del horizonte y el cielo rojo en el horizonte donde el cielo parece verdoso.

Lo anterior es un fenómeno de cielo despejado, y es solo una franja estrecha del cielo que aparece verde. Puede ocurrir un evento poco frecuente donde todo el cielo aparece verde. Esto se llama tormenta verde. Esto sucede cuando se produce una tormenta eléctrica en el momento adecuado del día, con la altura adecuada de las nubes y la iluminación adecuada. Esto puede hacer que todo el cielo, en lugar de solo una banda delgada, parezca verde grisáceo y, a veces, muy verde.

Actualización: destello verde

Aquí hay una imagen de un destello verde:

Los destellos verdes son un espejismo. Son efectos reales; no son una ilusión óptica.

Hay una distinción entre un espejismo y una ilusión óptica. Al conducir por una carretera asfaltada negra en un día claro y caluroso de verano, es posible que haya visto que la carretera que tiene delante parece estar cubierta de agua reluciente. Esa es una combinación de un espejismo (un efecto real) y una ilusión óptica (tu cerebro malinterpreta lo que ves). El efecto real es que la refracción atmosférica hace que veas un reflejo del aire en la carretera. El reflejo es cualquier cosa menos parejo. La carretera está caliente, tanto que podrías freír un huevo en ella, y esto provoca perturbaciones atmosféricas justo encima del asfalto. El resultado es que el reflejo es bastante desigual y cambia con el tiempo. Esto hace que el reflejo parezca brillar. El reflejo y el centelleo: Estos son efectos reales. Puedes fotografiarlos, puedes explicarlos con física.

Los destellos verdes se ven mejor donde sale o se pone el Sol sobre el océano, por varias razones. Uno es la planitud del horizonte. Necesita poder "ver" el Sol antes de que haya salido/después de que se haya puesto. Otro es la alta conductividad térmica del agua en relación con la tierra. Esto ayuda a crear variaciones térmicas locales cerca de la superficie (similar al asfalto negro descrito anteriormente).

Una forma de destello verde ocurre cuando la superficie del océano está más caliente que el aire de arriba. Esto da como resultado un destello de espejismo inferior que dura aproximadamente un segundo. Ocurre justo un momento después de que la parte superior del Sol parece haberse deslizado por debajo del horizonte al atardecer o justo un momento antes de que la parte superior del Sol aparezca al amanecer.

Otra forma de destello verde ocurre cuando la superficie del océano es más fría que el aire de arriba. Esto da como resultado un destello de espejismo simulado que dura aproximadamente un segundo. Estos ocurren solo un momento antes de que la parte superior del Sol parezca deslizarse por debajo del horizonte al atardecer o solo un momento después de que la parte superior del Sol aparezca al amanecer.

Una tercera forma ocurre cuando hay una fuerte inversión de temperatura atmosférica por encima del observador. Esto da como resultado un destello de subconducto, donde una porción a veces considerable del Sol parece pellizcar el Sol poniente / naciente y se vuelve verde. Esta forma dura significativamente más que las dos primeras formas.

Se han tomado varias fotografías de las tres formas anteriores. Hay una última forma de destello verde, el rayo verde muy raro y de muy corta duración que parece emanar de la parte superior de un destello verde. Varios observadores de renombre han informado de este fenómeno, por lo que aparentemente es real. Sin embargo, ningún observador de renombre ha captado todavía este fenómeno en una fotografía.

La respuesta airglow aceptada puede ser técnicamente cierta, ¡pero no responde la pregunta! La existencia de una fuente adicional y muy tenue de luz verde en la atmósfera no explica la ausencia de luz verde en el gradiente del cielo del atardecer.

Tampoco estaba satisfecho con otras respuestas. La única respuesta satisfactoria que pude encontrar es esta . A continuación lo explico con mis propias palabras y agrego mis propios detalles. Trate esta respuesta como una opinión personal y no como una fuente de verdad.

Entonces, hay dos factores principales que contribuyen al color azul del cielo durante el día y rojo al atardecer.

El primero es la dispersión de Rayleigh. La luz del sol contiene todos los colores, pero se dispersan en diferentes cantidades:

El azul es el primero en dispersarse, por lo que el cielo normalmente es azul.

El segundo factor es que el espesor de la atmósfera es desigual cuando se mide desde un punto del suelo hasta el cenit y desde el mismo punto del suelo hasta el horizonte:

Cuanto más se acerca el sol al horizonte, más largo es el camino que recorre la luz a través del espesor de la atmósfera. Cuanto más largo sea el camino, más colores se dispersarán.

Pero cuanto más lejos está un color del azul en el espectro, más tiende a seguir un camino recto a través del espesor de la atmósfera. El rojo es el más resistente: incluso cuando se dispersa, se dispersa en ángulos pequeños. Por lo tanto, solo puedes ver el rojo alrededor del sol porque ahí es donde los ángulos son más pequeños.

Pero cada color se dispersa en su propio ángulo, no solo el azul y el rojo. Esto significa que deberíamos ver un gradiente similar al arcoíris en el cielo del atardecer, pero no lo vemos. ¿Por qué?

Es que el verde siempre está ahí, pero nunca está solo. Siempre se mezcla con rojo (formando amarillo) o azul (formando turquesa).

Así, el gradiente del ocaso es el siguiente: R-RG-GB-B, es decir, rojo-amarillo-turquesa-azul. Y ese es de hecho el gradiente que vemos en el cielo. El color azul del cielo de la tarde no es puramente azul, es turquesa.

Pero nuestros ojos y cerebro realizan la corrección de color y todavía lo identifican como azul. No tenemos referencia de color cuando miramos al cielo. Si tuviera un objeto de color azul puro en la mano y comparara el color con el color del cielo azul cerca de la parte amarilla, notará que el cielo no es azul sino turquesa (o incluso aguamarina, vea las fotos a continuación) .

Pero, ¿por qué el verde es un color sucio (mezclado) y el rojo y el azul son colores puros en ese degradado? Eso no tiene sentido. Entonces deben estar todos mezclados?

Bueno, la respuesta es que el rojo y el azul están en los extremos del degradado y no tienen nada con qué mezclarse. Aquí está el gráfico de colores vs intensidad en el espectro solar:

Si el espectro del sol fuera más amplio (con grandes cantidades de ultravioleta en el lado azul e infrarrojo en el lado rojo) y nuestros ojos pudieran registrar esos colores adicionales, el gradiente del atardecer sería así:

I-IR-RG-GB-BU-U, es decir
infrarrojo -- infrarrojo-rojo -- amarillo -- turquesa -- azul-ultravioleta -- ultravioleta.

¿Ver? Este cielo imaginario no tiene rojo puro ni azul puro.

Tenga en cuenta que incluso el color rojo del cielo del atardecer no es técnicamente rojo puro. Todavía contiene algo de azul y verde y todos los demás colores intermedios. Es solo cuestión de qué color(es) dominan.

Y, por último, a veces ves el color verde (aguamarina) en el degradado del atardecer:

La explicación de agitar la mano en su pregunta se llama dispersión de Rayleigh

La dispersión de Rayleigh resulta de la polarizabilidad eléctrica de las partículas. El campo eléctrico oscilante de una onda de luz actúa sobre las cargas dentro de una partícula, haciendo que se muevan a la misma frecuencia. Por lo tanto, la partícula se convierte en un pequeño dipolo radiante cuya radiación vemos como luz dispersa.

La pregunta entonces es ¿por qué no ver el cielo verde en lugar de azul?

La dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, por lo que la luz violeta y azul de longitud de onda más corta se dispersará más que las longitudes de onda más largas (luz amarilla y especialmente roja). Sin embargo, el Sol, como cualquier estrella, tiene su propio espectro, por lo que I0 en la fórmula de dispersión anterior no es constante sino que se desvanece en el violeta. Además, el oxígeno de la atmósfera terrestre absorbe longitudes de onda en el límite de la región ultravioleta del espectro. El color resultante, que parece un azul pálido, en realidad es una mezcla de todos los colores dispersos, principalmente azul y verde.Por el contrario, al mirar hacia el sol, los colores que no se dispersaron, las longitudes de onda más largas, como la luz roja y amarilla, son directamente visibles, lo que le da al sol un tono ligeramente amarillento. Visto desde el espacio, sin embargo, el cielo es negro y el sol es blanco.

Las cursivas son mías. Aquí entra la percepción del color de la fisiología de la retina, y ya no es una cuestión de física, sino una cuestión de cómo los conos en la retina interpretan las frecuencias espectrales incidentes.

El enrojecimiento de la luz solar se intensifica cuando el sol está cerca del horizonte, porque el volumen de aire a través del cual debe pasar la luz solar es significativamente mayor que cuando el sol está alto en el cielo. El efecto de dispersión de Rayleigh aumenta, eliminando prácticamente toda la luz azul del camino directo hacia el observador. La luz no dispersada restante es principalmente de una longitud de onda más larga y, por lo tanto, parece ser de color naranja.

Así que supongo que interpretamos "azul" incluso cuando se mezcla con verde (como interpretamos el blanco cuando se mezclan todos los colores) y es una cuestión de percepción.

El destello verde también se puede explicar con la dispersión y la diferencia en las longitudes de onda entre el azul y el verde. Aquí hay un enlace con fotos incluidas. Sospecho que la fisiología del ojo también juega un papel en la percepción.

Es interesante que los destellos no siempre son verdes, aquí hay un interesante análisis de este proceso de refracción.

Revisé las respuestas esperando encontrar al menos una con un diagrama de cromaticidad, pero no hay ninguna, así que estoy escribiendo la mía.

Respuesta corta: simplemente no es cierto que los colores estén dispuestos en una línea y que para pasar del azul al naranja hay que pasar por el verde. No es cierto de los colores psicológicos, ni es cierto de los colores físicos (ondas electromagnéticas).

Aquí hay un diagrama de cromaticidad CIE xy con la ubicación aproximada de azul cielo y "naranja cielo" en un círculo.

(Hice esto encontrando algunas fotos del cielo en línea que parecían realistas, usando una herramienta de cuentagotas en ellas, convirtiendo los colores sRGB a CIE xy, y luego colocando los círculos a mano. Tengo una visión de color normal y usé un monitor IPS con un color sRGB preciso, pero aún así, los círculos deben considerarse muy aproximados).

Las coordenadas CIE xy son funciones lineales racionales del espectro físico, lo que significa que la interpolación lineal entre dos espectros físicos obtiene solo los colores perceptibles que se encuentran en el segmento de línea recta entre esos colores en el diagrama xy. Entonces, suponiendo que la transición del mediodía al anochecer es más o menos lineal, esperaríamos que los colores intermedios estuvieran en el rango rosado, en el lado opuesto del punto blanco al verde. Una pequeña desviación de la linealidad podría producir un verde pálido, pero se necesitaría una gran falta de linealidad para obtener un verde muy saturado.

También puedes entender esto pensando directamente en los espectros. El espectro del azul cielo tiene (en comparación con el blanco neutro) más luz en frecuencias altas, menos en frecuencias bajas y una cantidad intermedia en frecuencias intermedias. El espectro del naranja cielo es más o menos lo contrario. No hay muchos procesos en la naturaleza que cambien la frecuencia de la luz, y ninguno de ellos está involucrado en la determinación del color del cielo, por lo que cuando modela la transición suave de uno de estos espectros al otro, debe modelarlo como actuando. independientemente en cada frecuencia. Cuando se pasa de azul a naranja, las frecuencias altas comienzan siendo brillantes, terminan tenues y se encuentran en el medio. Las frecuencias bajas son al revés. Las frecuencias medias comienzan en intensidad media, terminan en intensidad media, y probablemente estén en una intensidad media en el medio. Por lo tanto, el punto medio entre el pico violeta y el pico rojo no es un pico verde; es, más bien, un espectro más o menos plano. Podría tener suficiente pico en el medio para parecer verde pálido, o suficiente depresión para parecer rosa, pero no hay razón para esperar un verde brillante (o magenta brillante).

La única forma plausible de obtener un verde perceptible brillante en la atmósfera es mediante la difracción dependiente de la frecuencia, el mismo fenómeno que produce el arcoíris. Esto es lo que provoca los destellos verdes, como se puede ver en las encantadoras simulaciones de Andrew Young , particularmente en esta .

Hay un fenómeno físico en el que una transición suave de azul brillante a naranja brillante pasa por colores de arco iris intermedios brillantes, y ese es el cambio Doppler. Pero un desplazamiento Doppler de esa magnitud requiere velocidades relativas que son una fracción sustancial de la velocidad de la luz. Eso no es lo que sucede en la atmósfera.

El sol es técnicamente verde porque el pico de su espectro de cuerpo negro está cerca de las longitudes de onda verdes. Cuando la luz se dispersa paralela al plano de incidencia (es decir, durante el día), se desplaza hacia el azul. Cuando la luz se dispersa perpendicularmente al plano de incidencia (es decir, el atardecer o el amanecer), se desplaza hacia el rojo. La luz que no se dispersa, pero que pasa efectivamente directamente, no se desplaza en la longitud de onda. Uno de mis profesores de astronomía explicó que la razón por la que el sol nos parece amarillo (y no verde) se debe en gran parte a la respuesta de nuestros ojos. Independientemente, cuando la luz del sol se dispersa, tiende a alejarse del verde, ya que la mayor parte ya es verde.

(nota al margen divertida: las plantas solían ser rojas, por lo que absorbían más luz verde... aunque ahora olvidé por qué evolucionaron para ser verdes y ahora reflejan la mayor parte de la luz solar)

La imagen 1 muestra el espectro solar con la porción de luz visible en color. La imagen se puede encontrar aquí .