¿Por qué el cielo nunca es verde? Puede ser azul o naranja, ¡y el verde está en medio!

Question

Yo, como todo el mundo supongo, he leído el explicaciones por qué el color del cielo es azul:

... los dos tipos de materia más comunes presentes en la atmósfera son el nitrógeno y el oxígeno gaseosos. Estas partículas son las más eficaces para dispersan las frecuencias más altas y las longitudes de onda más cortas del espectro de luz visible. Este proceso de dispersión implica la absorción de una onda de luz por parte de un átomo, seguida de la reemisión de una onda luminosa en varias direcciones. La cantidad de dispersión multidireccional depende de la frecuencia de la luz. ... Así que cuando la luz blanca... del sol pasa a través de nuestra atmósfera, las altas frecuencias se dispersan por las partículas atmosféricas mientras que las frecuencias más bajas tienen más probabilidades de atravesar la atmósfera sin una alteración significativa en su dirección. Esta dispersión de las frecuencias más altas de la luz ilumina los cielos con luz en el extremo BIV del espectro visible. En comparación con la luz azul, la luz violeta se dispersa más fácilmente por las partículas atmosféricas. Sin embargo, nuestros ojos son más sensibles a la luz con frecuencias azules. Por ello, vemos los cielos como de color azul.

y por qué las puestas de sol son rojas:

... la luz que no se dispersa es capaz de atravesar nuestra atmósfera y llegar a nuestros ojos en un camino no interrumpido. El frecuencias más bajas de la luz solar (ROY) tienden a llegar a nuestros ojos mientras vemos directamente al sol durante el mediodía. Mientras que la luz solar se compone de la de frecuencias de la luz visible, no todas las frecuencias son igualmente intensas. De hecho, la luz solar tiende a ser más rica en frecuencias de luz amarilla. de luz amarilla. Por este motivo, el sol se ve amarillo durante mediodía debido al paso directo de cantidades dominantes de frecuencias amarillas a través de nuestra atmósfera y hacia nuestros ojos.

El aspecto del sol cambia según la hora del día. Mientras que puede amarillo durante el mediodía, suele cambiar de color gradualmente a medida que a medida que se acerca la puesta de sol. Esto se explica por la dispersión de la luz. A medida que a la línea del horizonte, la luz solar debe atravesar una mayor distancia distancia a través de nuestra atmósfera; esto se demuestra en el diagrama siguiente. Como el camino que la luz solar recorre a través de nuestra atmósfera aumenta la longitud de la luz solar, el ROYGBIV se encuentra con más y más partículas atmosféricas. Esto da lugar a la dispersión de cantidades cada vez mayores de luz amarilla. cantidades de luz amarilla. Durante las horas de la puesta de sol, la luz que atraviesa nuestra atmósfera a través de nuestra atmósfera hasta nuestros ojos tiende a estar más concentrada con frecuencias de luz roja y naranja. Por esta razón, los atardeceres tienen un tono rojizo-anaranjado. El efecto de una puesta de sol roja se hace más pronunciado si la atmósfera contiene cada vez más partículas.

¿Puede explicar por qué el color del cielo pasa del azul al naranja/rojo saltándose toda la gama de frecuencias del verde?

Sólo he oído hablar del legendario "verde, línea esmeralda/ destello

que aparece en circunstancias particulares

Los destellos verdes son potenciados por el espejismo, que aumenta la refracción... es más probable que se vea en aire estable y claro,... Uno podría esperar ver un destello azul, ya que la luz azul es refractada sobre todo, y ... es es la última en desaparecer bajo el horizonte, pero el azul se dispersa preferentemente fuera de la línea de visión, y la luz restante acaba pareciendo verde

pero nunca lo he visto, ni conozco a nadie que lo haya hecho.

Answer 1

El cielo no se salta la gama de frecuencias verdes. El cielo es verde. Quite la luz dispersa del Sol y la Luna e incluso la luz de las estrellas, si lo desea, y le quedará algo llamado airglow (mira el enlace, es impresionante, buenas fotos, y buena explicación).

Como el enlace explica tan bien el resplandor del aire, me saltaré los detalles.

Así que estarás pensando: "Jim, fanático del techo medio loco, ¡todo el mundo sabe que el cielo nocturno es negro!". Bueno, sólo tienes razón a medias. El cielo nocturno no es negro. En el enlace anterior se explica la ciencia al respecto, pero si eso no es suficiente, intenta recordar una época en la que hayas estado en el campo. Sin luces brillantes de la ciudad, sólo el cielo nocturno y los árboles. Ahora, cuando miras al horizonte, ¿puedes ver los árboles? Sí, son siluetas negras contra el cielo nocturno. ¿Pero cómo puedes ver negro contra negro? El cielo nocturno no es negro. Es verde gracias al resplandor del aire (o, si estás cerca de una ciudad, naranja gracias a la contaminación lumínica).

Para, es la hora de las fotos. Aquí hay una vista por encima de la atmósfera del cielo nocturno de Wikipedia:

Y uno del enlace que he puesto, por si no lo has comprobado:

Mira, no te preocupes por el verde. El cielo se vuelve verde todo el tiempo.

Answer 2

Obsérvese bien: Lo que percibimos como color es un tema un poco complicado. Se trata de una cuestión diferente, que se ha planteado y respondido en múltiples ocasiones en este sitio. Según la respuesta típica del ojo humano, la luz del sol en la parte superior de la atmósfera es tan "blanca" como puede serlo el "blanco".

Una parte de esa luz solar entrante se refleja en el espacio, otra es absorbida por la atmósfera y otra es dispersada por ésta. Hay dos tipos principales de dispersión: La dispersión de Rayleigh, que dispersa selectivamente la luz de alta frecuencia (violeta y azul) mucho más que la de baja frecuencia (rojo), y la dispersión de Mie, que dispersa la luz más o menos uniformemente en todo el espectro. La dispersión Rayleigh es un fenómeno del cielo claro. La dispersión Mie se produce cuando hay pequeñas gotas de agua suspendidas en el aire (por ejemplo, las nubes).

El cielo es azul a mediodía en un día claro debido a la dispersión de Rayleigh. La atmósfera refracta selectivamente el extremo violeta/azul del espectro. Después de sufrir un gran número de estas refracciones, parte de esa luz refractada desciende hasta el suelo. El resultado: Un cielo azul. Obsérvese que veríamos un Sol blanco sobre un fondo negro si no se produjera esta refracción. Esto es lo que ven los astronautas y cosmonautas en el espacio.

Al amanecer y al atardecer, las partes violeta, azul y verde de la luz solar entrante casi desaparecen. El resultado: Vemos un sol bastante rojizo. Seguimos viendo un cielo predominantemente azul incluso al amanecer y al atardecer. Sólo en el horizonte vemos un cielo de color rojizo. La dispersión de Rayleigh también afecta a la luz roja, pero no con tanta intensidad. Ese cielo de color rojo es en parte el resultado de la dispersión Rayleigh. La luz de alta longitud de onda se ha dispersado. La luz roja, en mucha menor medida. La luz solar rojiza que atraviesa cientos de kilómetros de cielo al amanecer/atardecer también se dispersa finalmente, por lo que vemos esa luz rojiza como un cielo rojizo. Un cielo ligeramente nublado hace que los amaneceres y atardeceres sean aún mejores porque ahora también puede producirse la dispersión Mie. La dispersión de Mie puede extender esa luz solar rojiza entrante por una buena parte del cielo del horizonte.

Con respecto al verde, se puede ver un cielo verdoso al amanecer/atardecer. A menudo hay una banda estrecha entre el cielo azul alejado del horizonte y el cielo rojo en el horizonte donde el cielo parece verdoso.

Lo anterior es un fenómeno de cielo claro, y es sólo una estrecha franja del cielo la que aparece verde. Puede producirse un evento poco frecuente en el que todo el cielo aparece de color verde. Esto se denomina tormenta eléctrica verde. Esto ocurre cuando una tormenta eléctrica se produce en el momento justo del día, con la altura justa de las nubes y la iluminación adecuada. Esto puede hacer que todo el cielo, en lugar de una fina franja, aparezca de color verde grisáceo, y a veces muy verde.

Actualización: Green Flash

Aquí hay una foto de un flash verde:

Los destellos verdes son un espejismo. Son efectos reales; no son una ilusión óptica.

Hay una distinción entre un espejismo y una ilusión óptica. Al conducir por una carretera de asfalto negro en un día claro y caluroso de verano, es posible que hayas visto que la carretera que tienes delante parece estar cubierta de agua brillante. Eso es una combinación de espejismo (un efecto real) y una ilusión óptica (tu cerebro malinterpreta lo que ves). El efecto real es que la refracción atmosférica hace que veas un reflejo del aire en la carretera. El reflejo es cualquier cosa menos uniforme. La carretera está caliente, tanto que se podría freír un huevo en ella, y esto provoca perturbaciones atmosféricas justo por encima del asfalto. El resultado es que el reflejo es bastante desigual y cambia con el tiempo. Esto hace que el reflejo parezca brillar. El reflejo y el brillo: Son efectos reales. Se pueden fotografiar, se pueden explicar con la física. La ilusión óptica consiste en que tu cerebro interpreta erróneamente estos efectos reales como agua brillante.

Los destellos verdes se ven mejor donde el Sol sale o se pone sobre el océano, por varias razones. Una de ellas es la planitud del horizonte. Es necesario poder "ver" el Sol antes de que haya salido / después de que se haya puesto. Otra es la alta conductividad térmica del agua en relación con la tierra. Esto ayuda a crear variaciones térmicas locales cerca de la superficie (similar al asfalto negro descrito anteriormente).

Una forma de destello verde se produce cuando la superficie del océano está más caliente que el aire que hay encima. Esto da lugar a un destello inferior que dura aproximadamente un segundo. Se produce justo un momento después de que la parte superior del Sol parezca haberse deslizado por debajo del horizonte al atardecer o justo un momento antes de que la parte superior del Sol aparezca al amanecer.

Otra forma de resplandor verde se produce cuando la superficie del océano es más fría que el aire que hay encima. Esto da lugar a un destello de falso espejismo que dura aproximadamente un segundo. Estos se producen justo un momento antes de que la parte superior del Sol parezca deslizarse por debajo del horizonte al atardecer o justo un momento después de que la parte superior del Sol aparezca al amanecer.

Una tercera forma se produce cuando hay una fuerte inversión de la temperatura atmosférica por encima del observador. Esto da lugar a un destello de subducto, en el que una parte a veces considerable del Sol parece desprenderse del Sol naciente y se vuelve verde. Esta forma dura bastante más que las dos primeras.

Se han tomado varias fotografías de las tres formas mencionadas. Hay una última forma de destello verde, el rayo verde muy raro y de muy corta duración que parece emanar de la parte superior de un destello verde. Varios observadores reputados han informado de este fenómeno, por lo que aparentemente es real. Sin embargo, ningún observador reputado ha captado aún este fenómeno en una fotografía.

Answer 3

La respuesta aceptada sobre el resplandor del aire puede ser técnicamente cierta, pero no responde a la pregunta. La existencia de una fuente adicional y muy débil de luz verde en la atmósfera no explica la ausencia de la luz verde en el gradiente del cielo del atardecer.

Tampoco me han satisfecho otras respuestas. La única respuesta satisfactoria que pude encontrar es este . A continuación lo explico con mis propias palabras y añado mis propios detalles. Trata esta respuesta como una opinión personal y no como una fuente de verdad.

Por lo tanto, hay dos factores principales que contribuyen al color azul del cielo durante el día y al rojo durante la puesta de sol.

La primera es la dispersión Rayleigh. La luz solar contiene todos los colores, pero se dispersan en cantidades diferentes:

El azul es el primero en dispersarse, por lo que el cielo normalmente es azul.

El segundo factor es que el espesor de la atmósfera es desigual cuando se mide desde un punto del suelo hasta el cenit y desde el mismo punto del suelo hasta el horizonte:

Cuanto más se acerque el sol al horizonte, más larga será la trayectoria de la luz a través del espesor de la atmósfera. Cuanto más largo es el camino, más se dispersan los otros colores.

Pero cuanto más lejos está un color del azul en el espectro, más tiende a seguir una trayectoria recta a través del espesor de la atmósfera. El rojo es el más resistente: incluso cuando se dispersa, lo hace en ángulos pequeños. Por lo tanto, sólo se puede ver el rojo alrededor del sol porque es donde los ángulos son más pequeños.

Pero cada color se dispersa en su propio ángulo, no sólo el azul y el rojo. Esto significa que deberíamos ver un gradiente similar al del arco iris en el cielo del atardecer, pero no lo vemos. ¿Por qué?

El asunto es que el verde siempre está ahí, pero nunca está solo. Siempre está mezclado con el rojo (formando el amarillo) o con el azul (formando el turquesa).

Así, el gradiente de la puesta de sol es el siguiente: R-RG-GB-B, es decir, rojo-amarillo-azul turquesa. Y ese es, efectivamente, el gradiente que vemos en el cielo. El color azul del cielo del atardecer no es puramente azul, es turquesa.

Pero nuestros ojos y nuestro cerebro realizan una corrección del color y lo siguen identificando como azul. No tenemos ninguna referencia de color cuando miramos el cielo. Si tuvieras un objeto de color azul puro en la mano y compararas el color con el color del cielo azul cerca de la parte amarilla, te darías cuenta de que el cielo no es azul sino turquesa (o incluso aguamarina, ver fotos abajo).

Pero, ¿por qué el verde es un color sucio (mezclado) y el rojo y el azul son colores puros en ese gradiente? Eso no tiene sentido. ¿Deberían entonces estar todos mezclados?

Bueno, la respuesta es que el rojo y el azul están en los extremos del gradiente y no tienen nada que mezclar. Aquí está el gráfico de los colores frente a la intensidad en el espectro solar:

Si el espectro del sol fuera más amplio (con grandes cantidades de ultravioleta en el lado azul e infrarrojo en el lado rojo) y nuestros ojos pudieran registrar esos colores adicionales, el gradiente de la puesta de sol sería así:

I-IR-RG-GB-BU-U, es decir
infrarrojo -- infrarrojo-rojo -- amarillo -- turquesa -- azul-ultravioleta -- ultravioleta.

¿Ves? Este cielo imaginario no tiene rojo puro ni azul puro.

Tenga en cuenta que incluso el color rojo del cielo al atardecer no es técnicamente rojo puro. Todavía contiene algo de azul y verde y todos los demás colores intermedios. Sólo es cuestión de qué color o colores dominan.

Y por último, a veces sí se ve el color verde (aguamarina) en el degradado de la puesta de sol:

Answer 4

La explicación de la mano en su pregunta se llama dispersión de Rayleigh

La dispersión Rayleigh es el resultado de la polarizabilidad eléctrica de las partículas. El campo eléctrico oscilante de una onda luminosa actúa sobre las cargas de una partícula, haciendo que se muevan a la misma frecuencia. La partícula se convierte así en un pequeño dipolo radiante cuya radiación vemos como luz dispersa.

La pregunta entonces es por qué no ver el cielo como verde en lugar de azul

La dispersión de Rayleigh es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda, por lo que la luz violeta y azul de menor longitud de onda se dispersará más que las de mayor longitud de onda (luz amarilla y especialmente roja). Sin embargo, el Sol, como cualquier estrella, tiene su propio espectro, por lo que I0 en la fórmula de dispersión anterior no es constante, sino que disminuye en el violeta. Además, el oxígeno de la atmósfera terrestre absorbe las longitudes de onda en el borde de la región ultravioleta del espectro. El color resultante, que parece un azul pálido, es en realidad una mezcla de todos los colores dispersos, principalmente azul y verde. Por el contrario, al mirar hacia el sol, los colores que no se han dispersado -las longitudes de onda más largas, como la luz roja y amarilla- son directamente visibles, dando al propio sol un tono ligeramente amarillento. Sin embargo, visto desde el espacio, el cielo es negro y el sol es blanco.

La cursiva es mía. Aquí percepción del color de la fisiología de la retina entra, y ya no es una cuestión de física, sino de cómo los conos de la retina interpretan las frecuencias espectrales que inciden.

El enrojecimiento de la luz solar se intensifica cuando el sol está cerca del horizonte, porque el volumen de aire que debe atravesar la luz solar es significativamente mayor que cuando el sol está alto en el cielo. El efecto de dispersión de Rayleigh se incrementa así, eliminando prácticamente toda la luz azul de la trayectoria directa hacia el observador. La luz restante no dispersada es en su mayor parte de mayor longitud de onda y, por lo tanto, parece de color naranja.

Así que supongo que interpretamos el "azul" incluso cuando el verde está mezclado con él ( como interpretamos el blanco cuando todos los colores están mezclados) y es una cuestión de percepción.

El destello verde también puede explicarse con la dispersión y la diferencia de longitudes de onda entre el azul y el verde. Aquí hay una enlace con fotos incluidas. Sospecho que la fisiología del ojo también juega un papel en la percepción.

Es interesante que los flashes no sean siempre verdes, aquí hay una interesante análisis de este proceso de refracción.

Answer 5

Me he desplazado por las respuestas esperando encontrar al menos una con un diagrama de cromaticidad, pero no hay ninguna, así que estoy escribiendo la mía.

Respuesta corta: simplemente no es cierto que los colores estén dispuestos en una línea y que para ir del azul al naranja haya que pasar por el verde. No es cierto para los colores psicológicos, ni para los colores físicos (ondas electromagnéticas).

Aquí hay un diagrama de cromaticidad CIE xy con la ubicación aproximada del azul celeste y el "naranja celeste" marcados con un círculo.

(Hice esto encontrando algunas fotos del cielo en línea que parecían realistas, usando una herramienta de cuentagotas en ellas, convirtiendo los colores sRGB a CIE xy, y luego colocando los círculos a mano. Tengo una visión normal del color y utilicé un monitor IPS con colores sRGB precisos, pero aun así, los círculos deben considerarse muy aproximados).

Las coordenadas CIE xy son funciones lineales racionales del espectro físico, lo que significa que la interpolación lineal entre dos espectros físicos sólo permite obtener los colores perceptivos que se encuentran en el segmento de línea recta entre esos colores en el diagrama xy. Por lo tanto, suponiendo que la transición del mediodía al crepúsculo sea aproximadamente lineal, esperaríamos que los colores intermedios estuvieran en la gama del rosa, en el lado opuesto del punto blanco del verde. Una pequeña desviación de la linealidad podría producir un verde pálido, pero haría falta una gran no linealidad para obtener un verde muy saturado.

También se puede entender esto pensando directamente en los espectros. El espectro del azul cielo tiene (en comparación con el blanco neutro) más luz en las frecuencias altas, menos en las bajas y una cantidad intermedia en las frecuencias intermedias. El espectro del naranja celeste es más o menos lo contrario. No hay muchos procesos en la naturaleza que cambien la frecuencia de la luz, y ninguno de ellos está implicado en la determinación del color del cielo, así que cuando se modela la transición suave de uno de estos espectros al otro, se debe modelar como si actuara de forma independiente en cada frecuencia. Al pasar del azul al naranja, las frecuencias altas comienzan brillantes, terminan tenues y se encuentran en un punto intermedio. Las frecuencias bajas son al revés. Las frecuencias medias comienzan con una intensidad media, terminan con una intensidad media, y probablemente se encuentran en una intensidad media en el medio. Así, el punto intermedio entre el pico en el violeta y el pico en el rojo no es un pico en el verde; es, más bien, un espectro más o menos plano. Podría tener suficiente pico en el medio para aparecer como verde pálido, o suficiente depresión para aparecer como rosa, pero no hay razón para esperar un verde brillante (o magenta brillante).

La única manera plausible de obtener un verde brillante perceptible en la atmósfera es por difracción dependiente de la frecuencia, el mismo fenómeno que da el arco iris. Esto es lo que causa los destellos verdes, como se puede ver en Las encantadoras simulaciones de Andrew Young En particular este .

Hay un fenómeno físico en el que una transición suave del azul brillante al naranja brillante sí pasa por los colores intermedios del arco iris, y es el desplazamiento Doppler. Pero un desplazamiento Doppler de esa magnitud requiere velocidades relativas que sean una fracción sustancial de la velocidad de la luz. Eso no es lo que ocurre en la atmósfera.