Grande domanda
Perché il cielo è azzurro ma lo spazio è nero?
Il cielo sembra azzurro perché l'atmosfera terrestre diffonde la luce blu del Sole molto più delle altre luci colorate, spargendola su tutto il cielo. Lo spazio sembra nero perché non ha quasi aria in grado di diffondere la luce, così, a parte le stelle e altre sorgenti luminose, non c'è nulla che si illumini.
Il blu diffuso in tutto il cielo
La luce del Sole sembra bianca ma in realtà contiene tutti i colori dell'arcobaleno, ognuno dei quali viaggia come un'onda di lunghezza diversa. Quando la luce solare entra nell'atmosfera terrestre, urta minuscole molecole di azoto e ossigeno, e questo scontro rimbalza una parte della luce in direzioni casuali, un effetto chiamato diffusione. Le lunghezze d'onda più corte, soprattutto il blu e il violetto, vengono diffuse molto più facilmente da queste piccole molecole rispetto a quelle più lunghe come il rosso e l'arancione: uno schema spiegato per primo in modo esatto dal fisico Lord Rayleigh, per questo si parla spesso di diffusione di Rayleigh. I nostri occhi sono più sensibili al blu che al violetto, perciò la luce diffusa che ci arriva da ogni direzione del cielo appare del familiare colore azzurro invece che viola.
Niente aria, niente diffusione
Lo spazio è quasi un vuoto totale, cioè non contiene quasi nessuna molecola di gas, soprattutto una volta superata la sottile atmosfera terrestre. Senza molecole su cui la luce solare possa rimbalzare, non c'è nulla che diffonda la luce in direzioni casuali come fa l'atmosfera terrestre, così la luce del Sole viaggia semplicemente in linea retta, a meno che non colpisca qualcosa di solido, come un pianeta, una luna o un veicolo spaziale. È proprio per questo che gli astronauti, anche in piena luce solare, vedono attorno a sé un cielo completamente nero una volta usciti dall'atmosfera, con solo il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle che appaiono come piccoli punti luminosi e nitidi nel buio.
Perché i tramonti diventano rossi e arancioni
Lo stesso effetto di diffusione che rende azzurro il cielo di giorno spiega anche perché i tramonti e le albe brillano spesso di rosso e arancione. Quando il Sole è basso vicino all'orizzonte, la sua luce deve attraversare un tratto di atmosfera molto più lungo e spesso per arrivare ai tuoi occhi rispetto a mezzogiorno, quando il Sole è alto sopra di te. Lungo questo percorso più lungo quasi tutta la luce blu viene diffusa in altre direzioni prima di poterti raggiungere direttamente, e restano soprattutto i colori a lunghezza d'onda maggiore, i rossi, gli aranci e i rosa, che proseguono dritti fino ai tuoi occhi. È anche per questo che il cielo può sembrare particolarmente infuocato dopo un'eruzione vulcanica o in una giornata polverosa, quando altre minuscole particelle nell'aria diffondono ancora più luce.
Provalo tu
Aggiungi qualche goccia di latte a un bicchiere d'acqua e, in una stanza buia, puntaci attraverso una torcia dal lato. L'acqua lattiginosa dovrebbe sembrare leggermente azzurrina vista di lato, mentre il fascio di luce appare più arancione o rossastro se lo guardi dritto attraverso il bicchiere: proprio come i colori del cielo e del tramonto.
Le domande dei bambini
Perché dallo spazio il cielo sembra nero invece che azzurro?
Dallo spazio il cielo sembra nero perché lassù non c'è quasi aria capace di diffondere la luce solare e spargerla per il cielo come fa l'atmosfera terrestre. Senza molecole d'aria su cui la luce possa rimbalzare, lo spazio resta buio, tranne stelle, pianeti e altre sorgenti di luce diretta.
Che cos'è la diffusione di Rayleigh?
La diffusione di Rayleigh è l'effetto per cui le minuscole molecole di gas nell'atmosfera diffondono le lunghezze d'onda più corte della luce, come il blu, molto più di quelle lunghe, come il rosso. È il motivo principale per cui il cielo di giorno appare azzurro invece che bianco o incolore.
Perché al tramonto il cielo è arancione o rosso?
Al tramonto la luce solare attraversa un tratto di atmosfera molto più lungo per arrivare ai tuoi occhi, così quasi tutta la luce blu viene diffusa via prima di giungere a destinazione. Restano soprattutto la luce rossa, arancione e rosa a raggiungere direttamente i tuoi occhi.