Colore-cielo

Di che colore è il cielo?

Domanda banale, risposta tutt'altro che scontata. Possiamo partire dicendo che i colori del cielo sono il risultato dell'interazione tra i raggi solari e le molecole dell'atmosfera. Sappiamo tutti che di giorno è blu, ma può diventare anche rosso al tramonto, oppure di un azzurro sempre più chiaro mano a mano che guardiamo verso l'orizzonte.

Da cosa sono dovuti tutti questi cambiamenti di colore? E se cambia la composizione dell'atmosfera cambia anche il colore del cielo? Scopriamolo insieme in questo articolo.

Da dove arriva il blu del cielo

Partiamo dal caso più semplice, quello del classico "cielo blu" che possiamo ammirare quando il tempo è sereno. Perché è di quel colore?

La luce del Sole, come abbiamo visto nell'articolo dedicato al colore del mare, è formata da onde elettromagnetiche le cui lunghezze d'onda vanno dall'infrarosso all'ultravioletto, coprendo anche tutto lo spettro della luce visibile. Proprio questa porzione della luce solare è quella che ci interessa! La luce visibile nel suo insieme prende il nome di luce bianca e può essere scomposta nei vari colori, come è ben visibile durante gli arcobaleni. Nell'immagine sottostante è chiaro come ogni colore dipenda da una particolare lunghezza d'onda: il rosso ad esempio ha una lunghezza d'onda maggiore rispetto a quella blu.

lunghezze d'onda
in foto: Rappresentazioni schematiche e non in scala delle diverse lunghezze d’onda associate ai colori (credit: NASA).

La luce, quindi, prima di entrare in atmosfera è definita "bianca" perché contiene ancora le lunghezze d'onda di ogni colore.

Le molecole presenti nell'atmosfera, specialmente quelle di O2 e N2, assorbono l'energia di queste onde elettromagnetiche. Quest'energia tende a far oscillare gli elettroni delle molecole e ciascuna di esse ha una particolare frequenza alla quale preferisce oscillare (la cosiddetta frequenza di risonanza). Tanto più un'onda ha una frequenza simile a quella di risonanza e quanto più l'oscillazione sarà intensa. Non è chiaro? Facciamo un esempio per capire.

Immaginiamo che la luce del Sole sia come la musica e le molecole dell'atmosfera delle persone a un concerto. Se la musica piace al pubblico, la gente inizia a ballare; se la musica non piace, la gente balla poco. Ecco, succede la stessa cosa in atmosfera: se la frequenza delle onde della luce "piace" alle molecole, allora queste oscilleranno molto, e guarda caso alle molecole dell'atmosfera la frequenza associata al blu "piace molto".

Senza scendere in altri passaggi tecnici, possiamo dire che l'oscillazione delle molecole di O2 e N2 a sua volta produce luce blu, che questa volta viene diffusa in modo omogeneo, permettendoci di vedere il cielo di quel colore.

Questo fenomeno fisico è chiamato diffusione o, per essere ancora più precisi, scattering di Rayleigh.

rayleigh scattering
in foto: Fenomeno dello scattering di Rayleigh che ci permette di vedere il cielo blu (credit: Scientificprotocols).

Perché il cielo non è viola?

In realtà abbiamo mentito: il viola dovrebbe essere diffuso in maniera ancora più intensa del blu. Perché allora non vediamo il cielo viola? Le motivazioni sono sostanzialmente due: da una parte, il nostro occhio è molto più sensibile al blu che al viola; dall'altra, la parte superficiale dell'atmosfera assorbe buona parte della radiazione viola, "togliendola di mezzo" e non facendocela vedere.

Perché il cielo all'orizzonte è più chiaro?

In prossimità dell'orizzonte l'azzurro del cielo tende sempre di più al bianco. Rispondere a questa domanda aggiunge un ulteriore grado di difficoltà, ma cercheremo di essere brevi e sintetici. Possiamo dire che il fenomeno della diffusione che abbiamo visto prima funziona molto bene nella parte alta dell'atmosfera, ma molto meno nella sua parte inferiore. A causa di ripetuti fenomeni di diffusione, infatti, la luce torna ad essere bianca. Noi normalmente se guardiamo in alto vediamo quindi il cielo blu perché lo strato "bianco" che si trova sopra alle nostre teste risulta invisibile, mentre guardando verso l'orizzonte abbiamo una quantità di aria sufficiente per riuscire a cogliere le sfumature bianche e vedere il cielo di un colore tendente al bianco-azzurro.

orizzonte cielo bianco

Il colore del tramonto

Secondo tutti i ragionamenti che abbiamo fatto, il cielo dovrebbe essere blu tutto il giorno… eppure quando ci sono l'alba o il tramonto il cielo si tinge di rosso. Per quale motivo?

Quando il Sole scende e si avvicina all'orizzonte, la luce deve attraversare una quantità di aria maggiore prima di giungere ai nostri occhi. Guardiamo l'immagine sottostante per capire. Si vede bene come nel primo caso, quando il Sole è alto nel cielo, le onde blu siano quelle che danno il colore al cielo, essendo le prime ad essere diffuse. Nel secondo caso (quello a destra) il Sole è invece basso e all'occhio dell'osservatore non arrivano le onde associate al blu (che vengono subito diffuse), ma invece quelle rosse, che per essere diffuse necessitano di una quantità di aria molto maggiore – come in questo caso.

luce atmosfera
in foto: Diffusione della luce in atmosfera di giorno (a sinistra) e al tramonto (a destra)(credit: Scratchpixel).

Rosso di sera…

…bel tempo si spera. Ma da dove arriva questo detto?

Come abbiamo visto, il colore rosso del cielo dipende dall'altezza del Sole rispetto all'orizzonte. Un altro fattore che influisce sul colore è la quantità di vapore acqueo presente in atmosfera: più l'aria sarà secca, e più il cielo ci apparirà di un rosso intenso; al contrario, un'atmosfera umida avrà un colore decisamente meno intenso. Dobbiamo tenere a mente che, alle medie latitudini, la maggior parte delle perturbazioni vengono da ovest, cioè dalla stessa direzione verso cui rivolgiamo lo sguardo quando guardiamo il tramonto. Quindi se guardando verso ovest vediamo il cielo rosso, vuol dire che l'aria è secca e che non ci sono perturbazioni imminenti.

Contrariamente, se il rosso lo vediamo all'alba la situazione è diversa perché l'aria secca è verso est quindi ad ovest c'è probabilmente bassa pressione, cioè brutto tempo. Ecco perché esiste anche il detto "rosso di mattina, la pioggia si avvicina". Questi proverbi hanno quindi anche una base scientifica!
Ovviamente non è una regola fissa: le variazioni meteorologiche possono essere anche repentine e possono cambiare rapidamente…anche se spesso è proprio così!

tramonto cielo

Il cielo sugli altri pianeti

L'ultimo aspetto che resta da chiarire è se anche sugli altri pianeti il cielo è blu o se è una caratteristica unica della Terra.

Iniziamo col dire che per vedere il cielo colorato è necessario avere un'atmosfera. Nel caso della Luna, ad esempio, il cielo è perennemente buio proprio perché mancano le particelle atmosferiche capaci di interagire con la luce solare. Per quanto riguarda invece i pianeti dotati di atmosfera – come ad esempio Marte o Venere – il colore dipende dalla natura chimica dell'atmosfera. Cambiando le particelle, infatti, cambia anche il modo di interagire con la luce. Per questo il cielo marziano, ad esempio, ha sempre tinte tendenti all'arancio-rossastro: in quel caso l'atmosfera è sottile e composta quasi unicamente da anidride carbonica e ricca di particelle di polvere.

cielo marziano
in foto: Immagine scattata dal rover Perseverance. Si vede bene il colore dell’atmosfera marziana (credit: NASA).
Articolo a cura di
Redazione