Se l’aria è trasparente, come fa il cielo ad emozionarci con una palette di colori cosi estroversa? Per provare a rispondere a questa domanda dobbiamo prima dare uno sguardo a cosa da il colore della luce che dipinge il mondo attorno a noi. Se siete mai stati in una stanza illuminata da una lampadina colorata sapete che il colore degli oggetti cambia a seconda della luce che li illumina, se una foglia in una stanza buia viene illuminata da una luce rossa, non saremo in grado di riconoscerne il colore originale e ci sembrerà nera. Sappiamo anche che con una lampadina normale tutti gli oggetti ci appaiono con i loro colori “normali”. Questo perchè usiamo una fonte luminosa che emette una luce bianca, che non è altro che un modo poco chiaro per dire che all’interno di questa luce tutti i colori sono mischiati insieme. I diversi colori però si possono separare, basta un pezzo di vetro formato in modo molto preciso chiamato prisma. La ragione per cui un prisma è capace di separare quella massa aggrovigliata di colori che è la luce bianca è perchè diversi colori hanno diverse lunghezze d’onda. É un fatto molto poco intuitivo che la radiazione si comporti (almeno alcune volte) come un’onda, e la distanza tra due creste successive di questa onda viene chiamata lunghezza d’onda. In natura esistono radiazioni per un numero enorme di lunghezze d’onda, ma l’evoluzione ci ha portato ad essere capaci di vedere solo una parte, quella che passa più facilmente attraverso l’atmosfera, ovvero quella che viene chiamata radiazione visibile e che si divide nei diversi colori che tutti conosciamo. La radiazione visibile ha lunghezze che vanno dai 380 nm ai 750 nm, ovvero nanometri (un milione di volte piu piccoli di un millimetro) e ai nostri occhi appare in tutti i colori dell’arcobaleno: dal blu per le lunghezze piu piccole al rosso per quelle piu grandi. Siccome la radiazione ha quindi una certa dimensione ed interagisce in modo differente con oggetti di diverse dimensioni: se incontra un oggetto troppo grande, come uno specchio, verrà rimbalzata, al contrario le interazioni con oggetti troppo piccoli rispetto alla lunghezza d’onda sono piu casuali, l’onda viene dispersa in tutte le direzioni. Questi meccanismi in gergo da fisici vengono chiamati scattering e hanno il nome degli scienziati che hanno contribuito a scoprirne il funzionamento: Rayleigh e Mie. Scattering di Rayleigh: è quello che succede con le molecole che sono la cosa piu piccola presente nell’atmosfera, N2 e che costituisce il 70% dell’atmosfera ha un diametro di circa 0.3 nm. Questo meccanismo riflette la radiazione in tutte le direzioni ed è piu efficace per lunghezza d’onda piu piccole, cioè la luce blu. Questo spiega perchè il cielo del nostro pianeta è per la maggio parte blu! Quando guardiamo il cielo senza fissare direttamente il sole (cosa che mi sento di sconsigliarvi) stiamo osservando una radiazione che non è diretta ma è stata “rimbalzata” dalle molecole nell’aria. Siccome le lunghezze d’onda verso il blu rimbalzano molto piu facilmente noi vediamo il cielo di questo colore. Per convincersi ulteriormente possiamo notare che se osserviamo il colore del cielo attorno al sole, vediamo che quest’ultimo è bianco, qui infatti stiamo osservando luce che viene per lo più direttamente dal sole e quindi è bianca perchè non è stata separata nei suoi componenti dallo scattering. Questo è anche il motivo per il quale il sole quando è alto nel cielo ci appare bianco. In realtà ci sono anche altri meccanismi che contribuiscono al colore blu acceso del cielo di giorno, come l’assorbimento di radiazione dell’ozono, per chi fosse interessato ci sono un buon numero di articoli scientifici in merito1. Un effetto del tutto simile è quello della formazione di Foschia Blu (Blue Haze) all’interno e attorno a una foresta. le piante infatti emettono una grande quantità di molecole organiche che agiscono in maniera simile ai gas in atmosfera e creano una scena da fiaba. Lo stesso fenomeno è responsabile anche del colore del sole al tramonto, ma per spiegare questo dobbiamo aggiungere un altro ingrediente: lo spessore dell’atmosfera. Lo scattering dipende infatti anche dal numero di molecole che la radiazione incontra, e quest’ultimo dipende dal quanto tempo la radiazione trascorre all’interno dell’atmosfera. Quando noi osserviamo un romantico tramonto stiamo guardando il cielo attorno a un sole molto basso, la radiazione deve quindi attraverssare uno strato di atmosfera molto piu spesso. Di conseguenza la maggior parte della componente blu della radiazione viene riflessa via dalla direzione in cui stiamo guardando e a noi rimane solo la parte che tende al rosso. Sempre per lo stesso motivo il sole stesso non è piu bianco ma appare rosso. Scattering di Mie: questo invece ha luogo quando la dimensione della lunghezza d’onda è simile a quella della particella con cui si scontra. Questo effetto tende a proiettare la radiazione incidente in avanti e non è influenzato molto dalla lunghezza d’onda specifica, a differenza dello scattering di Rayleigh. Le particelle piu abbondanti che causano questo effetto sono goccioline d’acqua, cristalli di ghiaccio e aerosol nell’aria, ovvero particelle che hanno dimensioni tra 100nm e 1000 nm, quindi comparabili con la radiazione visibile. É quindi la causa del colore bianco delle nuvole, siccome tutta ra radiazione è dispersa in modo simile, non abbiamo un effetto di selezione come per Rayleigh e possiamo osservare la luce bianca nella sua interezza. Ma allora perchè le nuvole di pioggia sono cosi scure? Data la grande quantità di acqua liquida in queste nuvole una gran parte della radiazione viene assorbita e perde di forza e quindi il colore ci appare piu attenuato e scuro.
