El cielo parece ser azul debido a la manera en que la atmósfera interactúa con los rayos del sol. La luz blanca, como la emitida por el sol, está compuesta por muchos colores diferentes de luz, cada uno con su propia longitud de onda correspondiente. Cuando esta luz encuentra materia, pueden ocurrir varios efectos debido a que cambia de velocidad a medida que viaja de un medio (aire) a otro (agua).
Los prismas descomponen la luz blanca en sus colores constituyentes. El color azul del cielo se debe a un fenómeno denominado dispersión de Rayleigh, que se refiere a la dispersión selectiva de la luz por partículas cuyo tamaño es menor que un décimo de la longitud de onda de la luz. Ocurre con mayor frecuencia cuando la luz viaja por gases (aunque también sucede con sólidos y líquidos transparentes).
La dispersión de Rayleigh depende en su mayoría de la longitud de onda de la luz; siendo la luz con menor longitud de onda la más dispersa. En la atmósfera baja, las pequeñas moléculas de oxígeno y nitrógeno dispersan la luz de onda corta, como la correspondiente a la luz azul y violeta, en un grado mucho mayor que la luz de onda larga, como el rojo y el amarillo. De hecho, la dispersión de la luz violeta (de 400 nanómetros) es 9.4 veces mayor que la dispersión de la luz roja (de 700 nanómetros).
Si bien las partículas atmosféricas dispersan la luz violeta más que la azul (de 450 nanómetros), el cielo se ve azul porque nuestros ojos son más sensibles a la luz azul y porque parte de la luz violeta es absorbida en la atmósfera superior.
Según el profesor de Astronomía de la Universidad Internacional de Florida James Webb, el cielo es azul porque cuando la luz del Sol entra por la atmósfera terrestre, compuesta mayormente por oxígeno, hidrógeno y otros elementos, la luz azul se esparce de manera más eficiente que la luz roja o amarilla, así que esa luz se queda dispersa alrededor de las partículas de la atmósfera, por esa razón vemos el cielo azul.
Dicha dispersión empeora mientras el sol se oculta durante el atardecer, en este momento el cielo no se ve azul porque esta luz atraviesa por más atmósfera y se dispersa en gran medida, haciendo así que solo la luz roja pueda pasar.
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