Para ver un arco iris muy coloreado es necesario que haya un buen chubasco, estando el sol a media altura en el cielo; si está demasiado alto el arco iris no se produce y si se encuentra en una posición cercana al orto o al ocaso (cerca del horizonte) el sol aparece de color rojo y entonces no presenta sus colores azul y violeta.
Observado desde un avión o desde una montaña, el arco iris puede formar un círculo completo. A veces, alrededor del arco iris puede verse un arco secundario que es provocado por dos reflexiones en el interior de las gotas de agua. Es mucho menos luminoso y los colores aparecen al revés del arco iris principal. La luna también puede formar arco iris, pero son más difíciles de ver. Incluso en días en los que el cielo está parcialmente cubierto y aunque aparentemente no llueva, puede aparecer un arco iris muy tenue. Es el resultado de que la luz solar atraviesa una cortina de precipitación que no llega al suelo.
¿Por qué siete colores?
La luz del sol, a la que llamamos "blanca" está compuesta de una infinidad de colores. La refracción de ésta luz, originada al atravesar una gota de agua, es ligeramente diferente según sea el color. Así el arco iris presenta, teóricamente, no tan sólo siete colores, sino muchos más.
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| El arco iris se forma en la cortina de lluvia. Es preciso que el sol esté a la espalda del observador |
Los rayos de luz reflejados en el fondo de la gota vuelven a emerger formando un ángulo con la dirección del sol (entre 0 y 41º), según el lugar en que golpee la gota de agua. Una gran parte de ésta luz emerge con un ángulo de 41º, formando el arco iris. El resto se refracta de manera difusa con un ángulo menor: Es ésta luz la que ilumina la parte interior del arco, mientras que el cielo exterior al arco aparece oscuro.
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| El observador ve el color rojo en el límite superior del arco iris y el violeta en el borde inferior. |
El fenómeno de la refracción de la luz fué descubierto por un árabe, Alhazen (965-1039). El estudio del arco iris fué mejorado con las experiencias de Freiberg en 1304, ayudándose de recipientes esféricos llenos de agua, semejantes a grandes gotas. Otros científicos trabajaron sobre el tema, en particular Descartes (1637). Aún así es preciso esperar hasta el 1672 para que Newton explique la formación de colores en el arco iris con la ayuda de prismas de vidrio. Al tiempo que demostró que la luz blanca es una mezcla de diferentes colores, también experimentó al revés; es decir, si un disco con los siete colores del arco iris lo giramos rápidamente, acabaremos por ver un disco blanco.
¿Por qué el cielo es azul?
El color del cielo proviene de la difusión de los rayos solares por las moléculas de aire. Cuando un fotón (que es la unidad elemental de luz), alcanza una molécula de aire, es dispersado en otra dirección, a uno de los lados o incluso hacia atrás. A este fenómeno se le llama difusión. La teoría demuestra que la difusión por el aire es tanto más importante cuanto menor sea la longitud de onda; y, a su vez, que la difusión es alrededor de 16 veces más eficaz para la luz azul que para la roja. Es por ello por lo que la parte azul del espectro solar es dispersada por el aire de la atmósfera. Los rayos del sol que atraviesan la atmósfera difunden lateralmente luz azul, lo que le da al cielo su color característico.
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| La luz del espectro solar es difundido por las moléculas del aire sin que los demás colores lo sean de forma significativa. La luz que recibimos a través de los sentidos nos hace percibir el azul del cielo. |
¿Por qué el sol aparece de color rojo en su ocaso?
Conforme el sol se acerca al horizonte, sus rayos hacen un trayecto cada vez más largo a través de la atmósfera antes de alcanzar el suelo; por ello rayos del sol actúan sobre muchas más moléculas de aire. Después de algunas decenas de kilómetros recorridos en la atmósfera, los rayos de luz que proceden del sol han alcanzado tantas moléculas de aire que han perdido por completo sus radiaciones azules. Siguiendo a éstas, son las longitudes de onda más largas las que se pierden progresivamente por difusión y absorción: el verde y el amarillo. Al final, los rayos directos que provienen del sol no poseen más que el color rojo.
El razonamiento se revalida con la siguiente teoría: Con el sol en el cénit, el 96% de rojo y el 69% del azul llegan al suelo. Cuando el sol está a 5º sobre el horizonte, todavía queda el 66% del rojo, pero sólo el 2% del violeta y del azul. Los rayos de luz solar se convierten en anaranjados y rojos. Del mismo modo la luna adquiere un color amarillento o rojizo cuando está baja, sobre el horizonte.
¿Cuáles son los tipos de espejismos?
Los rayos de luz son desviados al atravesar un medio diferente. Así, los rayos de sol que entran en el agua del mar se hacen más verticales. Esta desviación sigue la ley de la refracción descubierta por Descartes; cuando el rayo pasa a un medio de menor índice de refracción se desvía formando un ángulo más pequeño respecto a la superficie de separación de los medios.
Si el ángulo del rayo incidente respecto a la superficie de separación es demasiado pequeño, el rayo de luz no puede penetrar en el segundo plano y se refleja. Los nadadores que nadan bajo el agua saben que la superficie, vista por debajo y a una cierta distancia, se comporta como un gran espejo horizontal. El aire cálido que es menos denso que el templado, posee también un índice de refracción más pequeño. Así que puede comportarse como un espejo, en el supuesto de que se mire de bastante lejos, con un ángulo pequeño: Es el fenómeno del espejismo.
Los espejismos de calor son bien conocidos. Se observan por encima de la superficies sobrecalentadas por el sol. El cielo se refleja sobre el suelo observado de lejos y lo hace aparecer brillante, como si la superficie estuviese cubierta de agua. Este fenómeno es muy frecuente en los dias de mucho calor y sobre todo en las carreteras, donde el asfalto da la sensación de estar mojado unos metros por delante del conductor que va en su coche.
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| La capa de aire próxima al suelo está muy caliente. Visto de lejos, el suelo se comporta como un espejo |
El espejismo de inversión térmica es el menos conocido. Se produce cuando hay una fuerte inversión de temperatura, con el aire mucho más caliente en altura. Este espejismo se observa de igual modo a lo lejos, si bien esta vez la imagen aparece en el cielo. Se puede ver así la forma invertida de montañas lejanas o de barcos...Aunque parezca del todo asombroso, algunos marinos pueden llegar a ver, de noche, las luces de un pueblo costero situado a millas de distancia. Este fenómeno tiene lugar en algunas situaciones anticiclónicas del invierno y la capa de inversión debe presentar un aumento de temperatura de unos 10ºC por cada 100 metros de altura.
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| Una fuerte inversión de temperatura en altura también crea el efecto del espejismo |
¿Existe el rayo verde?
Sí. Y no sólo es el título de una novela del afamado Julio Verne, sino que es un fenómeno real que, aunque difícil de presenciar, ocurre en la atmósfera.
Para poder observarlo es preciso situarse sobre un punto elevado y tener un horizonte muy despejado, idealmente de cara al mar. En el momento en el que el disco solar se pone bajo el horizonte, hay que observarlo con unos potentes prismáticos. Entonces es posible ver una pequeña cinta verde en su parte superior; a veces es tan sólo una pequeña mancha verde.
Eso es el rayo verde. Su aparición es generalmente muy breve, de uno a dos segundos, aunque la expedición Byrd, en la Antártida, lo pudo admirar durante 35 minutos, mientras el sol permanecía fijo en el horizonte, al final de la noche polar.
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| La refracción de la atmósfera impone una curvatura más marcada al rayo verde que al rojo. El observador tiene la impresión de que el rayo verde viene de más arriba. |
Pero ¿de dónde procede éste famoso rayo verde? Recordemos que la luz solar está compuesta de una variedad de colores como hemos visto al comentar el arco iris. Al ponerse el sol, éste se ve principalmente rojo, pero también posee una porción muy pequeña del color verde. La refracción de la atmósfera curva los rayos luminosos de forma diferente según sea su color, tal y como lo hace un prisma. Es el color verde el que tiene el trayecto más curvado y es éste color el que se percibe sobre el borde superior del disco solar.
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| Fotografía del rayo verde. Cortesía: Blog Cuaderno de bitácora estelar |
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