Scopri perché il cielo è blu e il tramonto è rosso.

materiali:

  • contenitore grande trasparente (in plastica o in vetro) ad esempio una grande scatola di plastica, un acquario
  • acqua
  • torcia
  • qualche goccia di latte da aggiungere all’acqua per opacizzare leggermente e rendere visibile il raggio di luce della torcia
  • un filtro polaroid, ad esempio una lente da un vecchio paio di occhiali da sole polarizzati
  • opzionale: cartoncini bianchi e neri

descrizione dell’attività

Questa attività può dare un’idea di quello che succede nel nostro cielo anche se le molecole d’aria non sono certo fatte di una mescola di acqua e latte. Quindi ricordate che questa attività è utile perchè mostra un’analogia. Impariamo attraverso un fenomeno fisico semplice da riprodurre ma non esattamente lo stesso rispetto a quanto avviene nella nostra atmosfera. Con questa premessa riempi il contenitore con l’acqua. Posiziona la fonte di luce in modo che il raggio passi attraverso il contenitore. Aggiungi il latte poche gocce alla volta. Mescola finché non riesci a vedere chiaramente il raggio di luce attraverso il liquido.

Osserva il raggio di luce dai due lati come nella figura. Di lato, il raggio appare bianco-bluastro; nel fondo, sembra giallo-arancio. Se hai aggiunto abbastanza latte all’acqua, sarai in grado di vedere il colore del raggio cambiare da blu-bianco a giallo-arancione lungo la lunghezza del raggio.

processo fisico

Il sole emette luce bianca, che è composta da luce di tutti i colori: rossa, arancione, gialla, verde, blu e viola. La luce è un’onda e ciascuno di questi colori corrisponde a una frequenza diversa e quindi a una diversa energia della luce. I colori nello spettro dell’arcobaleno sono organizzati in base alle loro frequenze/energie: la luce viola è quella più energetica, poi viene la blu, poi la verde, poi gialla, arancione e rossa che è la meno energetica. In realtà subito dopo c’è anche la radiazione infrarossa che non vediamo ma sentiamo con la nostra pelle quando siamo al sole (ma anche vicino ad un termosifone).

Quando la luce bianca del sole splende attraverso l’atmosfera terrestre, si scontra con le molecole di gas. Queste molecole diffondono la luce ma non tutte le energie/colori della luce si scontrano (scatterano) allo stesso modo. La luce più energetica “scattera” e quindi viene diffusa molto di più (circa dieci volte tanto). Quindi immaginiamo che ci siano 7 colori e 10 raggi di luce per ogni colore; avremmo che i raggi rossi passano senza sbattere e raggiungono la terra mentre quelli blu cominciano a scontrarsi con le molecole del gas atmosferico.

Inoltre dopo questo primo urto con le molecole dell’aria la luce blu entra in una specie di “flipper” perchè la frequenza della luce blu, è più vicina alla frequenza di risonanza degli atomi e delle molecole che compongono l’aria. L’oscillazione naturale delle molecole dell’aria è ad una frequenza persino superiore alla frequenza della luce blu. La luce blu ha una energia simile a quella di risonanza delle molecole dell’aria  questo  fa sì che la luce blu venga nuovamente irradiata in tutte le direzioni in un processo chiamato scattering. La luce rossa invece non si disperde e continua nella sua direzione originaria. Quando guardi in alto nel cielo vedi proprio la luce blu diffusa.

Cosa succede invece al tramonto? Quando il sole è all’orizzonte, la sua luce passa per più strati di atmosfera prima di arrivare ai tuoi occhi rispetto a quando il sole è direttamente sopra la testa. In tutti questi strati anche la luce meno energetica si è diffusa e la voce che vedi è arancione rossastra.

La luce viola ha una lunghezza d’onda ancora più corta della luce blu: si disperde anche più della luce blu. Allora perché il cielo non è viola? Perché non ce n’è abbastanza luce viola fin dall’inizio. Il sole emette molta più luce blu della luce viola, quindi la maggior parte della luce diffusa nel cielo è blu. Con questo processo in mente si capisce anche perchè il disco del sole è circa bianco/giallo quando è alto nel cielo ed invece è rosso/arancio al tramonto. Infatti al tramonto ci sono così tanti strati di atmosfera che anche la luce gialla viene scatterata e resta solo quella rossa/arancio.

box astronomico

Il colore del cielo dipende appunto dall’atmosfera e dai gas presenti in essa. Il blu del cielo terreste non è però unico. GJ 3470b a “soli” 100 anni luce da noi è l’esopianeta più piccolo per il quale sia stato confermato lo scattering di Rayleigh , da cui dipende il colore blu della luce. La misurazione degli astronomi ci dice che il pianeta ha una spessa atmosfera ricca di idrogeno sotto uno strato di foschia che diffonde la luce blu, per questo anche il cielo su GJ 3470b assume il colore blu.  Qualche informazione in più su GJ 3470b e la sua scoperta in questo articolo