Qué tal gente, entré por casualidad a un post sobre la Luna Roja, y a otros sobre fenómenos del cielo, y me pareció interesante explicar el tema un poco más profundamente. El post lo hice yo, aunque las fotos no son mías. Las fotos son propiedad de los correspondientes dueños.
[MP] Fenómenos del cielo: luna roja, sol anaranjado, etc.

El fenómeno fue estudiado por Lord Rayleigh, y se lo llama 'Dispersión de Rayleigh' ('Rayleigh Scattering' en inglés).
Antes de pasar a describirlo, hay una breve introducción que habla de la luz y la atmósfera. Se puede saltear si quieren.

► LA LUZ
La luz y los fenómenos relacionados con ella que se observan fueron estudiados intensivamente, y de ello se desprende lo que hoy llamamos 'Dualidad Onda-Partícula'. Esto significa que, para ciertos fenómenos, es conveniente pensar a la luz como una onda, y para otros como chorro de partículas. Por ejemplo, en la reflexión la luz 'es' un chorro de partículas, y en la interferencia la luz 'es' una onda.
Sin embargo, la luz no 'es' ni una ni otra; esos son modelos (modelo ondulatorio y modelo corpuscular) que permiten estudiar y predecir fenómenos, y poder representarlos en el lenguaje matemático.
En este caso, vamos a analizar a la luz como una onda que viaja, en este caso desde el Sol hasta la Tierra. Dado que el Sol está a 149.597.892 kilómetros de la Tierra, y la velocidad de la luz es de 300.000 metros por segundo aproximadamente, la luz tarda 8 minutos en viajar desde el Sol hasta la Tierra: el Sol está a 8 minutos luz.
La luz que emite el Sol tiene múltiples longitudes de onda. La longitud de onda es la distancia en la que la onda realiza un ciclo, es decir, en repetirse. La frecuencia de la onda es la cantidad de veces que se repite la onda en cierto tiempo, en general en 1 segundo. Si la onda no cambia, entonces cuando menor sea la longitud de onda, más 'achatada' es la onda y se repite más veces, por lo que la frecuencia es más alta. Además la energía de la luz está relacionada con la frecuencia: cuando mayor es la frecuencia, mayor es la energía. Eso es lo mismo que decir que cuanto menor es la longitud de onda mayor es la energía.
amanecer

Según la longitud de onda, el espectro de luz se divide en distintas partes: Microondas, Rayos X, etc. El Espectro Visible es una pequeña porción del espectro total, y es el que nosotros podemos percibir con la vista. Este espectro va desde el rojo, de mayor longitud de onda, hasta el violeta, de menor longitud de onda. Antes del rojo se encuentra el espectro Infrarrojo, y luego del violeta se encuentra el espectro Ultravioleta.
eclipse

El Sol emite un espectro de luz; no emite todo el espectro, sino que emite una parte del mismo, y emite ciertas partes más que otras (es decir, con más intensidad). El Sol emite por ejemplo Rayos X; también emite rayos Ultravioleta, y también el espectro visible. A continuación aparece por ejemplo cómo se ve el Sol filtrando los rayos X y los ultravioleta:
Rayos X
atardecer
Rayos UV
atmósfera

En el espacio, el Sol de ve blanco. Eso ocurre porque, como el Sol emite el espectro visible, todos los colores en conjunto dan el tono blanco. Sin embargo, nosotros lo podemos ver de distintos colores: amarillo, anaranjado, rojo...
vacio

► LA ATMÓSFERA
La atmósfera es una mezcla de moléculas gaseosas y otros materiales, como partículas de distinto tipo, por ejemplo, polvo y hollín. Además, también hay vapor de agua.
La composición en volumen del aire es aproximadamente 78% de Nitrógeno (N2), 21% de Oxígeno (O2), y el resto (1%) de otros gases (Argón, Helio, Dióxido de Carbono, etc.). Eso significa que por cada 100 litros de aire hay 78 litros de Nitrógeno y 21 litros de Oxígeno.
Sin embargo, esa composición varía, dependiendo del clima y el lugar en el que nos encontremos.
Todas estar partículas se encuentran atraídas hacia la Tierra por la fuerza de gravedad. La mayoría de las partículas está cercana a la superficie, y la densidad disminuye con la altura.

► DISPERSIÓN DE RAYLEIGH
Ya dijimos que la atmósfera tiene moléculas gaseosas y otras partículas suspendidas.
En el vacío, la luz viaja 'sin problemas'. Pero al llegar entrar en contacto con la atmósfera, la luz choca con las moléculas gaseosas y con las partículas suspendidas.
• Cuando la luz visible choca con partículas que son de tamaño mayor o similar a la longitud de onda de la luz, la luz se refleja en diferentes direcciones, pero no se altera. Eso sucede por ejemplo cuando choca con polvo, hollín o con gotas de agua. Esta dispersión se llama 'Dispersión de Mie'.
• Pero cuando la luz visible choca con partículas de menor tamaño, o sea moléculas de gas, sucede otro fenómeno. Las moléculas absorben una parte específica de la luz, y después la liberan, pero en todas direcciones. El color que se absorbe no es cualquiera: cada tipo de molécula absorbe cierta luz. En nuestro caso, el Nitrógeno y Oxígeno moleculares absorben luz azul y violeta.
En su modelo, Rayleigh llega a una expresión de dispersión en la que la dispersión depende de sol, que es la longitud de onda elevada a la -4. Eso indica que cuanto mayor sea la longitud de onda, menor va a ser la dispersión. Como ya se dijo antes, la luz roja es de más longitud de onda que la violeta o azul, por lo que la luz que va a tener más dispersión es la azul y violeta.

► CIELO AZUL, SOL AMARILLO
espacio

Cuando los rayos del Sol atraviesan la atmósfera, casi todo el espectro pasa de largo. Pero la parte azul y violeta del espectro es absorbida por el Nitrógeno y el Oxígeno, y se vuelve a emitir en todas direcciones. Entonces, cuando vemos hacia el cielo nos llega esa luz azul de todos lados. Es por eso que hacia donde miremos vamos a ver el cielo azul:
harvest moon
luz solar

Además, como ya dijimos, el resto del espectro que viene del Sol pasa directo (se absorbe poco). Recordemos los colores complementarios: lo que pasa directo va a ser todo menos el azul violáceo, es decir, el complementario del azul violáceo. Miremos la imagen a continuación:
cielo azul

El complementario del azul violáceo es el amarillo anaranjado. Eso explica por qué el Sol se ve de ese color: la atmósfera nos 'quita' el azul violáceo de la luz blanca que viene del Sol.


► CIELO AZUL, HORIZONTE CELESTE
dispersión

En el horizonte, sin embargo, no vemos un azul fuerte, sino un celeste. Eso se debe a que las moléculas de gas que están lejos emiten luz azul, pero ésta es absorbida de nuevo por moléculas más cercanas y vuela a emitir en todas direcciones. Entonces, la luz que viene del horizonte pierde intensidad (se dispersa), y vemos el horizonte más claro.
quemaduras solares

► PUESTA DEL SOL: SOL NARANJA, CIELO NARANJA
luna roja
rayleigh

Cuando el Sol se pone, la luz ya no viaja directo, sino que recorre más atmósfera antes de llegar a nosotros. Eso implica que se dispersa más luz, y se dispersan más longitudes de onda, por ejemplo, longitudes de onda correspondientes al verde. Quedan entonces las ondas de mayor longitud de onda, que se dispersan menos. Entonces, si ahora se absorbe luz azul verdosa, la luz que vamos de los rayos directos del sol es de color rojo anaranjada.
Pero además, la luz directa es dispersada por las partículas grandes, dirigiéndose hacia otras direcciones. Entonces, el sol y sus alrededores son anaranjados, pero más lejos el cielo sigue siendo azulado, ahora más oscuro porque hay menos luz solar.
cielo anaranjado

luna anaranjada

► AMANECER: SOL NARANJA, CIELO NARANJA, PERO NO TANTO
sol anaranjado

En el amanecer ocurre lo mismo que en el atardecer, pero en general son menos brillantes porque al amanecer hay menos partículas en el aire que al atardecer, por lo que hay menos dispersión de la luz anaranjada.

► OTROS COLORES
El fenómeno de dispersión de Rayleigh, combinado con la dispersión por partículas grandes debidas o no a la contaminación, pueden llevar a que se vean otros colores en el cielo, u otros efectos:
scattering
difracción
dispersión de mie
fenomenos del cielo
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► ESPACIO EXTERIOR: SOL BLANCO, CIELO NEGRO
amanecer

Como ya se dijo, el Sol emite el espectro visible, por lo que, si la luz no es alterada, tendría que ser vista blanca. En el espacio hay vacío, por lo que no hay partículas que alteren el rayo, y éste se ve blanco. Además, como no hay partículas, no hay dispersión de Rayleigh y por consiguiente el cielo en el espacio es negro.


► LUNA BLANCA
eclipse

Con la luna sucede lo mismo que con el Sol, sólo que la Luna no emite luz, sino que refleja la que recibe del Sol. La Luna en sí está compuesta de material bastante oscuro (piedras negras, marrones y amarillentas), o sea, que absorbe bastante luz y emite poca. Sin embargo, de noche la oscuridad circundante hace que la Luna se note más y se vea clara y luminosa, por contraste.
El color blanco de la misma (y no amarillo como el del Sol) también se debe a nuestro ojo. En él hay presentes dos tipos de células sensibles a la luz. Por un lado, los conos, que nos permiten ver colores, pero necesitan buena intensidad lumínica. Por otro lado, los bastones, que son más sensibles a la luz, pero sólo nos permiten ver en blanco y negro. Dado que la Luna emite luz de baja intensidad, vemos su luz blanca, y las cosas que ella nos ilumina las vemos en blanco y negro, o con poco color.
La Luna blanca se ve bien nítida, es decir, sin bordes borrosos. Eso se debe a que no tiene atmósfera, por lo que no hay difuminación en los bordes.
La dispersión de la luz cerca de la Luna se da cuando hay por ejemplo nubes cercanas, cuyas gotas de agua emiten la luz incidente en otras direcciones. Vemos entonces a la Luna con un halo alrededor.
atardecer

► LUNA AMARILLA Y LUNA ROJA
atmósfera

Este fenómeno se da cuando la Luna está en el horizonte, o cuando hay eclipses. Lo que ocurre es que los rayos del Sol atraviesan más atmósfera, y por lo tanto hay más dispersión; en consecuencia, los rayos directos que llegan a la Luna y la iluminan no son blancos, sino que son amarillentos, anaranjados o rojos.
vacio

En el eclipse, si bien la Luna se encuentra ensombrecida por la Tierra, los rayos del Sol la iluminan, ya que son difractados en la atmósfera: se altera la dirección de los rayos. Lo mismo ocurre cuando metemos un algo parcialmente en el agua; parece que se quebró, debido a que el agua difracta los rayos.
sol

En general, esta Luna también se ve más grande, al igual que el Sol se ve más grande en el atardecer que en el mediodía. Eso se debe a que la atmósfera actúa como lupa.
espacio

Además de verse más grande, puede que la Luna anaranjada se vea borrosa, como sucede con el sol del atardecer. Esto ocurre porque la atmósfera difracta los rayos que llegan directamente a nuestra retina. Es el mismo fenómeno que se da en la ruta o el desierto, cuando vemos espejismos sobre el asfalto o la arena: la superficie irradia calor, que calienta el aire cercano. Este aire tiene menos densidad, por lo que tiende a subir, reemplazado por aire más denso y frío. Este movimiento y diferencia de densidad hace que los rayos se difracten, y que además se refleje el azul del cielo.
Acá se ve al Sol con ese fenómeno:
harvest moon

► YAPA: FENÓMENOS INEXPLICABLES
Si bien todo tiene su explicación lógica, todavía no se han podido interpretar razonablemente ciertos fenómenos que ocurren con el Sol:

luz solar
cielo azul

►QUEMADURAS SOLARES
Si bien a veces nos quemamos porque no nos ponemos filtro un día soleado, también es común quemarse en días nublados porque la gente cree que el Sol no afecta ya que está tapado. Las nubes, si bien frenan parte de la radiación ultravioleta, hacen un efecto invernadero con los rayos que dejan pasar. Así que no te confíes, o vas a quedar hecho un palito de la selva:

dispersión
quemaduras solares

Y para terminar, les dejo una foto que tiene algo de relación con el tema:
luna roja

► Fuentes (info y algunas imágenes):
http://home.hiwaay.net/~krcool/Astro/moon/moonorange/
http://es.wikipedia.org/wiki/Dispersi%C3%B3n_de_Rayleigh
http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_scattering
• Yo

Bueno eso es todo. Si les gustó comenten , y sino también. Hacele caso al Diego!
rayleigh

► OTROS POST MÍOS

http://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/9423263/_TUTO_-Como-cambiar-la-fecha-de-instalacion-de-Windows.html

cielo anaranjado

luna anaranjadasol anaranjadoscatteringdifraccióndispersión de miefenomenos del cielo
[MP] Fenómenos del cielo: luna roja, sol anaranjado, etc.

• RATM: Recital del 2010 Argentina Parte 1 • RATM: Recital del 2010 Argentina Parte 2
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• Audio del Recital Separado y Taggeado • Temas de RATM para celulares 240x320
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