Then I never get tired of the blue sky
Non mi stanco mai del cielo azzurro
(Vincent Van Gogh, dalla lettera alla madre del 2 Luglio 1889)
La passione per il cielo azzurro, testimoniata da Van Gogh, può solo aumentare se comprendiamo la ragione che rende il cielo di tale colore. Il principio fisico alla base del colore del cielo è quello della diffusione. La luce del sole colpisce le molecole dell’atmosfera che riemettono la luce in tutte le direzioni. ma la teoria di Rayleigh ci dice che la probabilità di diffusione della luce è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda. Così se paragoniamo una radiazione blu di 450 nanometri con una radiazione rossa di 600 nm la probabilità che la luce blu sia diffusa è 3,2 volte più grande rispetto a quella rossa, infatti (600/450)2=3,2. Quindi quando guardiamo il cielo non direttamente verso il Sole, la quantità di luce blu sarà maggiore rispetto alle altre lunghezze d’onda. Potremmo chiederci perché il cielo non sia invece viola, dato che la luce viola dovrebbe essere diffusa ancor di più dall’atmosfera. La ragione è duplice. da un lato l’emissione solare contiene meno viola rispetto al blu. Dall’altro, il nostro occhio è meno sensbile alle corte lunghezze d’onda, quindi risponde in maniera meno efficiente al viola rispetto al blu. La ragione per cui vediamo il cielo blu è la stessa ragione per cui vediamo il tramonto rosso, come mostra bene l’immagine che si trova in questo articolo delle PhysicsFaq. Quando al tramonto osserviamo direttamente il Sole l’atmosfera diffonde via via gli altri colori e l’unico che giunge al nostro occhio è il rosso.
E’ possibile farsi un’idea di questo fenomeno con un semplice esperimento. Se in una vaschetta mettiamo dell’acqua noteremo che la luce che traversa la vaschetta è bianca. Ma se mettiamo nell’acqua una sostanza diffondente (nel caso della foto è stata usata la colofonia sciolta nell’alcool) la luce diffusa lateralmente dalla vaschetta sarà azzurrata, mentre quella trasmessa decisamente arancione rossastra.
