Gli esseri umani sono fin dall’antichità affascinati dal colore azzurro del cielo, come testimoniano le moltissime poesie e canzoni sul tema.
In realtà, il cielo non è affatto azzurro, ma i nostri occhi lo percepiscono di questo colore in conseguenza del fenomeno della diffusione della luce solare attraverso le molecole dell’atmosfera terrestre (detto anche scattering di Rayleigh). Se il nostro pianeta non fosse circondato dall’atmosfera, il cielo apparirebbe privo di colore anche di giorno, mentre il sole sarebbe di colore bianco anziché giallo.
Ma in quale modo la diffusione della luce solare attraverso le molecole dell’atmosfera terrestre condiziona il colore del cielo?
Cosa tratteremo
Perché il cielo è azzurro di giorno: lo scattering di Rayleigh
La luce solare viaggia fino a noi sotto forma di onde di diversa lunghezza: la distanza tra due creste d’onda è chiamata lunghezza d’onda. Quando le onde viaggiano tutte insieme, la luce appare bianca, mentre quando, per qualche motivo, si separano, onde di lunghezza diversa appaiono di colore diverso.
Se la luce attraversa una sostanza le cui particelle sono più piccole della lunghezza d’onda, si verifica un fenomeno di dispersione della luce stessa ossia di separazione delle onde che la compongono.
Questo fenomeno è chiamato scattering di Rayleigh, in onore del fisico britannico e Premio Nobel Sir John William Strutt Rayleigh il quale, agli inizi del Novecento, diede un contributo fondamentale alla comprensione della diffusione ottica delle particelle.
Lo scattering di Rayleigh (o diffusione elastica) è il motivo per il quale, durante il giorno, vediamo il cielo di colore azzurro.
Il nostro pianeta è circondato da un’atmosfera composta per il 78% da azoto e per il 20% da ossigeno. Quando la luce solare attraversa l’atmosfera terrestre, le onde si scontrano con le particelle di azoto e di ossigeno e quelle più corte (ossia quelle di colore blu e viola) hanno una maggiore difficoltà ad attraversarle, rimbalzando così tante volte da disperdersi nell’atmosfera, conferendole il colore azzurro.
Ma allora perché al tramonto e all’alba il cielo non è di colore azzurro, ma giallo o arancione?
Quando il sole è basso sull’orizzonte rispetto a noi, la luce solare percorre una distanza maggiore per arrivare a noi e, di conseguenza, deve attraversare uno strato più denso dell’atmosfera. La maggiore densità comporta la dispersione non solo delle onde più corte, ma anche di quelle più lunghe (ossia di quelle verdi e, in parte, di quelle rosse).
Perché non vediamo le stelle di giorno?
La maggiore luminosità del Sole rispetto alle altre stelle non è sufficiente a spiegare per quale motivo le stelle non siano in genere visibili di giorno: infatti, gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale riescono a vedere sia il Sole sia le altre stelle.
Come per il colore azzurro del cielo diurno, il motivo di tale fenomeno è da ricercarsi nella presenza dell’atmosfera terrestre e nello scattering di Rayleigh. Poichè, in virtù della diffusione elastica, durante il giorno la luce solare si disperde nell’atmosfera del nostro pianeta, quella proveniente dalle altre stelle in quantità assai inferiore non risulta visibile ai nostri occhi.
Per poter osservare le stelle anche di giorno, è necessario l’utilizzo di un filtro ottico in grado di bloccare le onde di colore blu.
