Perché il cielo è blu?

La luce del Sole, che noi percepiamo di colore bianco, nel suo attraversamento dell’atmosfera terrestre incontra molecole di vari gas (principalmente azoto e ossigeno) e particelle solide e liquide in sospensione (aerosol).

Gran parte della radiazione solare raggiunge la superficie terrestre in modo diretto, ma una piccola parte viene diffusa durante dall’atmosfera. I dettagli della diffusione dipendono sia dalla lunghezza d’onda della luce, sia dalla dimensione delle particelle che incontra nell’atmosfera.

Diffusione di Rayleigh

Se le particelle atmosferiche sono molto più piccole della lunghezza d’onda della luce (380 – 700 nm, o milionesimi di mm, per la luce visibile), come accade nel caso delle molecole di gas, la diffusione varia inversamente alla quarta potenza della lunghezza d’onda, secondo la legge di Rayleigh; ne consegue che la luce blu (lunghezza d’onda più piccola) sono diffusi di più quella rossa.

La luce azzurra viene dunque in parte diffusa in tutte le direzioni: ecco perché il cielo ci appare di quel colore.

Diffusione di Mie

Particelle più grandi, (molto) maggiori della lunghezza d’onda della luce, come le goccioline d’acqua in sospensione o altri tipi di aerosol, hanno effetti diversi sulla diffusione. Secondo la legge di Mie, in questo caso la luce viene diffusa in modo praticamente indipendente dal suo colore. La direzione della diffusione è inoltre prevalentemente in avanti.

Visto che non dipende dalla lunghezza d’onda della luce, la diffusione di Mie ha l’effetto di rendere il cielo biancastro. Questo fenomeno è più pronunciato guardando verso l’orizzonte, in quanto lo spessore di atmosfera attraversato dalla luce è maggiore. Il blu è invece più intenso guardando allo zenit.

Il cianometro

Il colore del cielo può dunque dirci qualcosa sulla concentrazione di aerosol nell’atmosfera. Il famoso fisico e alpinista svizzero Horace-Bénédict de Saussure (1740 - 1799), inventore tra l’altro dell’igrometro a capelli, ebbe l’idea di sviluppare uno strumento per misurare l’”azzurrezza” del cielo: lo chiamò “cianometro”.

Il cianometro di De Saussure era suddiviso in sezioni colorate e numerate, che andavano dal bianco a tonalità di blu sempre più scure, tinte con il colorante blu di Prussia e disposte in cerchio. I cianometri venivano prodotti manualmente con una ricetta predefinita di concentrazione di pigmento per ogni sezione, e poi distribuiti ad amici e colleghi naturalisti per raccogliere ulteriori osservazioni. In un articolo del 1790, de Saussure presenta un'illustrazione di una ruota con 40 sezioni, anche se chiarisce che serve solo a dare al lettore “un'idea della sua forma”; il cianometro reale aveva 53 sezioni (o “gradi”), a partire dal bianco (0) fino al nero (52).

Il cianometro andava tenuto contro il cielo, in modo da poter trovare la tonalità di azzurro più simile sul disco colorato.

De Saussure misurò a Ginevra un azzurro di grado 22, a Chamonix attorno a 20, sul Monte Bianco (Col du Géant) sui 31. Lo studioso tedesco Alexander von Humboldt misurò un blu intenso di grado 41 sulla vetta del Teide (3'715 m s.l.m., Tenerife, Isole Canarie), e un blu record di grado 46 sul Chimborazo (6'263 m s.l.m., in Ecuador).