Tant els poetes com els homes de ciència, comparteixen una singular sensibilitat. Els primers, jugant amb la sintaxi i semàntica de les paraules, fan un llenguatge. Els altres, amb la virtut de saber fer les preguntes, fan la ciència. Però d’entrada a la majoria dels humans la pregunta del per què veiem el cel blau?, els pot parèixer que no té cap sentit: «...el cel sempre l’hem vist blau, no pot ser d’altre color?».

Com a preàmbul

Si reflexionem un poc, el nostre Sol es una estrella tipus G2 que a la meitat de la seua vida té una temperatura d’uns 6000° Kelvin a la fotosfera, i per tant, casi tota la seua energia la manifesta emetent radiació lluminosa on predomina el color groc. El més lògic seria que de dia el cel mostrara un color groc blanquinós. Però no és així. El color que agafa i defineix el cel en qualsevol planeta, està i estarà, molt condicionat pel grossor de l’atmosfera i pels components químics (àtoms, molècules) que conté. Si eixirem amb el transbordador Discovery fora de l’atmosfera terrestre encara que el Sol ens pegara de cara veuríem les estrelles, com també alguns planetes, però tot en mig d’un fosc firmament, i allà lluny, un menut i calent disc de color groc que li diem Sol. Al nostre satèl·lit, la Lluna, on no hi ha cap atmosfera, no pot difondre’s la llum solar i, per tant, sempre es veurà un cel negre.

Tant el mar com els oceans els veiem blaus perquè damunt d’ells, com un espill, reflecteix el cel, però mai al contrari. Per això, si estiguérem situats al mig del Desert de Gobi, centre del continent asiàtic, veurem sempre el cel amb la mateixa intensitat blava que estant en qualsevol illa del Pacífic. El color blau sempre ens ve de dalt. Dir també, i segur que ho hagueu observat, que quan bufen aires eixuts de ponent o del Sud, fan que s’elimine la humitat suspesa a l’atmosfera, mostrant-nos així, un horitzó més nítid i un cel més blavós.

Definim la llum

Com tot allò que té capacitat de donat claror i que a la vegada es comporta com matèria (corpuscle) i com ona (fotó d’energia electromagnètica). El Sol quan crema o fusiona l’hidrogen en heli, lliura bona part d’aquesta energia emetent radiació electromagnètica d’una determinada freqüència visible per la nostra retina. És a dir, una franja estreta d’ones que conté les freqüències que van dels 460 bilions d’oscil·lacions per segon (Hz) del color roig, fins a les 710 oscil·lacions que té el color violeta. Aquesta franja de freqüències és l’única que recull i veu la nostra retina i que nosaltres anomenem llum o ona lluminosa. La llum solar que ens dona claredat per poder percebre les coses, son ones electromagnètiques que cadascuna du dins els set colors de l’arc de sant Martí i que la retina és incapaç de separar-ho. Per aquest motiu la ciència ho anomena llum integrada o espectre lluminós, integrada per aquests set colors de diferent freqüència i longitud d’ona, és a dir, del roig fins al violeta.

El Sol emet ones de llum (fotons) que ens apleguen a la Terra al cap de huit minuts viatjant a la velocitat de 299.792 km/s, quan aquestes ones topen amb la nostra atmosfera gasosa, no els queda més remei que interaccionar. La raó no és altra que l’atmosfera està composta per molta densitat d’àtoms i molècules lleugeres, com nitrogen, oxigen, diòxid de carboni, vapor d’aigua i ozó. Totes aquestes partícules tenen una dimensió atòmica més menuda que la pròpia longitud d’ona de la llum (0,00005 cm), per això, quan la llum solar, o ones de radiació electromagnètica visible, creuen l’atmosfera, estan obligades a interaccionar amb aquestes particules diminutes.

Així s’origina el blau

El apel·latiu Planeta blau, com abans hem dit, no ho és per tindre una major superfície d’aigua, sinó pel color que agafa l’atmosfera al ser il·luminada. La llum del Sol, com fenomen ondulatori que ho és, per tal de creuar l’atmosfera està obligada a cedir (lliurar, interaccionar) part de la seua energia, desprenent-se sobre tot de les freqüències on la longitud d'ona és més curta i energètica de l'espectre lluminós, on estan els colors blaus.  Per explicar-ho d’una manera més tècnica direm que aquesta interacció ona-matèria es produeix quan l’ona de llum es creua amb els àtoms i molècules lleugeres de l’aire, seran els electrons que envolten els nuclis atòmics (al tindre càrrega elèctrica) els que absorbeixen la part més energètica de l’ona de llum, on estan les longituds d’ona més curtes i de major freqüència, que són els colors violeta i blau de l’espectre. L’ona de llum es veu obligada a cedir energia de la part més energètica de l’espectre.

Però la física prediu que quan els electrons es queden farts i saturats d’aquesta energia agafada a l’ona lluminosa, els electrons, molt agitats per l’excés d’energia, no els queda més remei que tornar a l’espai tota l’energia que abans havien agafat dels colors blaus de l’espectre. Per tornar aquesta energia, els electrons ho fan escampant i inundant-ho tot d’ones visibles de color blau i violeta. Aquest procés complet i continu que generen els electrons absorbint part de l’energia lluminosa per posteriorment lliurar-la a l’espai en ones blaves visibles, resultat de l’interacció amb aquestes particules atmosfèriques de dimensió atòmica, s’anomena teoria de difusió de Rayleigh. Doncs segué el físic i matemàtic britànic John Rayleigh (1842-1919) qui primer explicà la coloració blava de l’atmosfera.

Resumint-ho

Els colors més energètics, de major freqüència, en l’espectre de la llum solar com són el blau i violeta, quan es creuen i interaccionen amb les particules atmosfèriques de dimensió atòmica, sofreixen una difusió de Rayleigh setze vegades més forta que la resta de colors de l’espectre solar. Matemàticament es fórmula dient que la difusió de Rayleigh resulta inversament proporcional a la quarta potència de la longitud d’ona.

Mart, el planeta roig A meitat de 1976, les dues sondes nord-americanes Viking enviades a la superfície de Mart, transmetien les primeres fotos a color del terreny marcià. La sorpresa fou majúscula, els tècnics de la Nasa no s’esperaven mai veure un horitzó celest de color salmó. El mecanisme de difusió de Rayleigh no funcionava a l’atmosfera marciana. Aquesta estranyesa sols es podia explicar pels tres motius: L’atmosfera marciana és feble, té molt poca densitat i és manca en elements químics.  A Mart es produeixen a sovint fortes tronades de vent que fan embrutar l’atmosfera, pujant i deixant en suspensió molta quantitat de pols i partícules de dimensió prou major a la pròpia longitud d’ona de llum (0,00005 cm), per tant, cap freqüència de l’ona lluminosa interacciona al creuar aquesta atmosfera. Entre aquestes partícules es troba la rogenca limonita o òxid de ferro hidratat. Per últim dir, que Mart es troba prou més allunyat del Sol, a 1,52 UA o 228 milions de quilòmetres, i per tant, la radiació solar que rep és més dèbil. Per aquests motius, aquí, l’efecte de difusió de Rayleigh presenta molta dificultat per poder manifestar-se.  Amb certesa sabem que la Terra és l’únic planeta del Sistema Solar on l’atmosfera agafa color blau. Tot i això, de segur que a la nostra galàxia hi han altres sistemes estel·lars on s’allotgen altres móns amb cels blaus i crepuscles violeta.

Josep Emili Arias                 
Agrupació Astronòmica Safor, Gandia

 Grup d'Estudis Astronòmics