Perché il cielo è blu e i tramonti sono spesso rossi?

A mezzogiorno il cielo è blu; verso sera, la zona dell’orizzonte può diventare arancione o rossa. Il Sole non ha cambiato i colori della sua luce. L’atmosfera terrestre diffonde i diversi colori della luce solare con intensità diverse. Il colore che ci raggiunge dipende anche dal percorso della luce nell’aria.

Per capire il fenomeno, distingui la luce proveniente da una zona blu del cielo da quella che arriva dalla direzione del Sole basso. Raggiungono i tuoi occhi attraverso percorsi diversi, ma le due osservazioni derivano dallo stesso processo.

La luce del Sole contiene molti colori

La luce solare appare in genere biancastra, ma è una miscela di colori visibili. Un prisma può separarla in uno spettro, dal violetto e dal blu a lunghezza d’onda corta fino al rosso a lunghezza d’onda più lunga.

La lunghezza d’onda è la distanza tra due creste successive di un’onda luminosa. Qui basta ricordare che quella del blu è più corta di quella del rosso. La differenza influisce su quanto la luce viene diffusa nell’atmosfera (NASA Space Place).

Diffondere significa deviare la luce in direzioni diverse. L’aria non è semplicemente un vetro blu attraverso cui guardiamo.

Come le molecole dell’aria fanno apparire blu il cielo

La luce incontra le molecole dei gas atmosferici, soprattutto azoto e ossigeno. Sono molto più piccole delle lunghezze d’onda della luce visibile. In queste condizioni le lunghezze d’onda corte vengono diffuse più di quelle lunghe: la luce blu viene deviata più intensamente della rossa. Il processo si chiama diffusione di Rayleigh, o scattering di Rayleigh (Met Office).

Quando osservi un tratto di cielo sereno lontano dal Sole, ricevi luce che le molecole dell’aria hanno diffuso verso di te. La componente blu risalta maggiormente e il cielo appare blu.

Le molecole non creano una nuova sorgente di luce blu: ridistribuiscono parte della luce solare già presente. La spiegazione vale anche sopra la terraferma. Il cielo non è blu perché riflette il mare.

Cielo blu e tramonto rosso: due percorsi

L’apparente contraddizione scompare distinguendo la luce diffusa da quella proveniente dalla direzione del Sole.

L’atmosfera non «produce blu» a mezzogiorno e «produce rosso» la sera. Vediamo componenti diverse della stessa miscela dopo percorsi differenti.

Perché il tramonto è spesso arancione o rosso

Quando il Sole è alto, la luce attraversa un tratto relativamente breve di atmosfera prima di raggiungere il suolo. Quando è basso, il percorso obliquo attraversa molta più aria. Immagina uno strato sottile attorno a una sfera: un tragitto quasi perpendicolare è breve, uno vicino al bordo è molto più lungo.

Lungo il percorso maggiore, più luce blu e violetta viene diffusa fuori dalla direzione diretta. La luce che arriva ancora dalla direzione del Sole contiene quindi una proporzione maggiore di rosso e arancione, a lunghezza d’onda più lunga. Lo stesso principio vale all’alba (NASA, Met Office).

L’atmosfera non diventa improvvisamente più spessa ogni sera. Cambia la lunghezza del percorso nello strato d’aria esistente. E non tutto il cielo diventa rosso a ogni tramonto: direzione dello sguardo, nuvole e particelle influenzano i colori nelle varie zone.

Perché l’orizzonte appare spesso più chiaro

In un cielo sereno il blu è spesso più intenso sopra la testa che vicino all’orizzonte. Anche qui conta il percorso più lungo. La luce viene diffusa e nuovamente diffusa lungo il tragitto; la miscela appare più chiara e meno intensamente blu.

Polvere e altre particelle fini, dette aerosol, possono modificare ulteriormente la distribuzione della luce. Per questo non tutte le serate hanno gli stessi colori. Un orizzonte arancione, da solo, non misura però la qualità dell’aria e non dà una previsione meteorologica affidabile.

Tre domande frequenti

Perché il cielo non è viola?

La luce violetta viene diffusa ancora più di quella blu. Ma la percezione del colore non dipende soltanto dalla diffusione: nella luce solare c’è meno violetto e i nostri occhi sono più sensibili al blu. Insieme, questi fattori spiegano perché il cielo diurno appare normalmente blu (Met Office).

Il cielo sarebbe blu anche senza oceani?

Sì. Contano la luce solare e la sua diffusione nell’atmosfera. Non serve una superficie d’acqua sotto il cielo.

I colori dell’alba hanno una causa diversa?

La geometria di base è simile: il Sole è basso e la luce attraversa molta atmosfera. I colori concreti possono cambiare perché l’aria e le nuvole non sono nelle stesse condizioni.

Una semplice routine di osservazione

Non servono strumenti né un luogo particolare. Scegli una giornata con un po’ di cielo libero e confronta due momenti:

1. Di giorno: Osserva il cielo vicino all’orizzonte e più in alto, lontano dal Sole. Dove è più intenso il blu e dove più pallido?
2. Verso sera: Guarda il cielo nella direzione del tramonto senza fissare direttamente il Sole. Quali zone assumono colori caldi e quali restano blu?
3. Separa osservazione e spiegazione: Annota prima colori, direzione e nuvole. Poi collegali a un percorso breve o lungo della luce.
4. Ripeti un altro giorno: Le differenze mostrano che, oltre alla geometria, contano le condizioni atmosferiche.

Per capire le nuvole presenti nella scena, leggi come si formano le nuvole e perché si dissolvono. Lì seguiamo goccioline e cristalli di ghiaccio; qui seguiamo la luce.

Immaginare l’atmosfera attorno al globo

Con LiveGlobe 3D puoi ruotare e ingrandire il globo e attivare l’effetto atmosfera nelle impostazioni. Usa la vista per immaginare lo strato d’aria intorno a una Terra sferica. Per l’accesso web è previsto l’accesso con un account.

Il modello della sfera con il suo strato d’aria dà la spiegazione: con il Sole alto, il percorso è relativamente diretto; con il Sole basso, la luce percorre un lungo tratto lungo la curvatura terrestre. Il globo aiuta a visualizzare la geometria. I colori reali si osservano all’aperto.

Esplora le viste del globo di LiveGlobe 3D e tieni a mente questa domanda la prossima volta che alzi lo sguardo: Vedo soprattutto luce diffusa verso di me, oppure luce proveniente dalla direzione del Sole dopo un lungo percorso?