¿Por qué el cielo cambia de color? ¿Por qué el cielo es azul durante el día, rojo durante el amanecer/puesta y negro durante la noche?

Las palabras clave aquí son dispersión de Rayleigh . Véase también radiación difusa del cielo .

Pero mucho más simple, tiene que ver con la forma en que la luz solar interactúa con las moléculas de aire. La luz azul se dispersa más que la luz roja, por lo que durante el día, cuando miramos partes del cielo que están alejadas del sol, vemos más azul que rojo. Durante el atardecer o el amanecer, la mayor parte de la luz del sol llega a la tierra en un ángulo agudo, por lo que ahora la luz azul se dispersa en su mayor parte y vemos principalmente la luz roja.

Aquí está mi texto anterior "Mezcla tu propia nebulosa de reflexión" que describe un experimento relacionado:

"El proceso físico que causa el color azul de las nebulosas de polvo (como las de las Pléyades) se puede demostrar mediante un espléndido experimento mencionado en The Feynman Lectures On Physics . Solo necesitas un vaso de precipitados (o un vaso común) y dos sustancias químicas comunes. , ácido sulfúrico diluido ($\mathrm{H_2SO_4}$) y tiosulfato de sodio ($\mathrm{Na_2S_2O_3}$) - hipo, utilizado en fotografía para fijar películas reveladas. Tenga cuidado al manipular el ácido, aunque diluido, sigue siendo cáustico. El otro pequeño inconveniente de la demostración es que esta reacción química produce un óxido de azufre maloliente, pero afortunadamente en una cantidad insignificante.

Si mezcla tres cucharaditas de tiosulfato en un litro de agua y agrega una docena de gotas de ácido, obtiene un líquido transparente incoloro que no se ve muy notable. Sin embargo, después de unos segundos, se vuelve azul claro. El color primero se vuelve más brillante, luego se desvanece y, finalmente, el líquido adquiere una apariencia lechosa, siendo turbio y blanco (si es amarillo, la solución de ácido o tiosulfato estaba demasiado concentrada y se debe repetir el experimento).

Estos cambios se deben a la dispersión de la luz blanca sobre los granos de azufre que se van eliminando de la mezcla y van aumentando de tamaño. Al principio, son diminutos y la intensidad de la luz dispersada es inversamente proporcional a la cuarta potencia de su longitud de onda. Esto significa que se prefiere la luz azul con una longitud de onda de 450 nm a la luz roja, que normalmente tiene una longitud de onda de 650 nm, por un factor de$(\frac{650}{450})^4$, aproximadamente 4.4. El mismo proceso, llamado dispersión de Rayleigh, es responsable del azul cielo de la atmósfera terrestre. En este caso, la luz del sol es dispersada por otro tipo de falta de homogeneidad, fluctuaciones de densidad microscópicas que surgen del movimiento térmico caótico de las moléculas. Cuando las dimensiones de las motas se vuelven comparables con la longitud de onda, la dispersión sigue siendo selectiva, pero no tanto. Aproximadamente, la intensidad de la luz dispersada ahora es inversamente proporcional a la propia longitud de onda. Esto se aplica a las partículas de polvo en las nebulosas de reflexión y al humo de los cigarrillos. Al final, los granos de azufre son tan grandes que ya no favorecen ninguna longitud de onda particular del espectro óptico y la luz dispersada es blanca. Un ejemplo cotidiano son las gotas de agua en las nubes iluminadas por el sol.

Para que la demostración sea realmente impresionante, coloque el vaso de precipitados en un retroproyector y enmascare el resto con una hoja de cartón opaco, dejando un agujero que encaje en el fondo del vaso de precipitados. Tal disposición garantiza una iluminación ideal, ya que le permite ver la luz que pasa a través de la solución para que aparezca como un punto brillante en una pantalla. Al estar cada vez más empobrecido del constituyente azul, que se dispersa a un lado, cambia de blanco a amarillo y naranja a rojo y finalmente se desvanece, al igual que el sol poniéndose en la neblina vespertina. Un enrojecimiento similar (de hecho, un desazulado, como señala David Malin) afecta la luz de las estrellas observadas a través del polvo interestelar".

Me temo que los retroproyectores, un dispositivo óptico utilizado con frecuencia por los profesores en la década de 1990 cuando se escribió este artículo, ya no están. ¿Alguna idea de un sustituto?

La dispersión de Rayleigh es un elemento de la solución, como explicó jc .

Sin embargo, cuando hay polvo en el aire (por ejemplo, después de que un volcán envíe grandes cantidades de diminutas partículas de roca al cielo, como sucedió con Eyjafjallajökull , o debido a partículas de arena o humo), es posible que haya notado que las puestas de sol suceden a ser más colorido.

Esto es causado por otro efecto de dispersión de luz relacionado, conocido como efecto Tyndall .

Debido a que el sol está bajo en el horizonte, la luz del sol atraviesa más aire al atardecer y al amanecer que durante el día, cuando el sol está más alto en el cielo. Más atmósfera significa más moléculas para dispersar la luz violeta y azul lejos de tus ojos. Si el camino es lo suficientemente largo, toda la luz azul y violeta se dispersa fuera de tu línea de visión. Los demás colores siguen su camino hacia tus ojos. Es por eso que las puestas de sol suelen ser amarillas, naranjas y rojas.

Y debido a que el rojo tiene la longitud de onda más larga de cualquier luz visible, el sol es rojo cuando está en el horizonte, donde su camino extremadamente largo a través de la atmósfera bloquea todos los demás colores.

Me gustaría señalar este video de minutephysics: https://www.youtube.com/watch?v=R5P6O0pDyMU

hasta ahora la mejor y más sencilla explicación del color del cielo. También tiene en cuenta la teoría del color (no la física de partículas, por supuesto) y no solo la dispersión.