Lo siento, Snehil, voy a dar una respuesta contraria. No estoy de acuerdo con la enseñanza sobre lo que hace que los cielos de la Tierra y Marte parezcan azules. Copiaré y pegaré mi artículo sobre este tema que se publicó hace un año. Es un poco largo; Por favor, tenga paciencia conmigo. Aquí va….
POR QUÉ EL CIELO ES AZUL
Puthalath Koroth Raghuprasad
- ¿Cuál es la probabilidad de un evento de impacto de asteroide significativo para 2100?
- Cuando Apophis pasa cerca de la Tierra en 2029, ¿es probable que destruya alguno de nuestros satélites?
- ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre los planetas terrestres?
- ¿Los tamaños de nuestros planetas más cercanos se crean al azar, o hay una razón por la cual algunos son más grandes que otros?
- ¿Qué pasaría si Júpiter, Saturno, Marte y Urano desaparecieran repentinamente?
(Recibido el 13 de abril de 2013; aceptado el 14 de febrero de 2017; publicado en línea el 3 de marzo de 2017)
RESUMEN:
El “efecto Tyndall” y la “dispersión de Rayleigh” son las explicaciones aceptadas para el color azul del cielo. Sin embargo, dado que se sabe que las fuertes lluvias eliminan las partículas y los gases y, sin embargo, el cielo se vuelve de un azul más profundo, ambas explicaciones probablemente no sean válidas. El autor actual propone la siguiente explicación para el color azul del cielo: este es el azul pálido del gas de ozono, que aparecerá en un azul más profundo cuando haya cantidades suficientes. Además, el ozono alcanza un color azul aún más profundo cuando se convierte en un líquido a una temperatura de alrededor de 161K (-112 C) y un sólido de azul a violeta-negro a temperaturas inferiores a 82K (-193.2 C). Este último es el caso en la estratosfera inferior, especialmente cerca de los polos. Además, dado que el ozono absorbe las radiaciones ultravioletas, es probable que algunos de los espectros cercanos a las radiaciones UV (como el violeta, el índigo y el azul) también sean absorbidos o dispersados por el ozono y esto puede aumentar el color azul de la capa de ozono. Para un observador en la superficie de la tierra, las muchas capas de polvo y otras partículas en la troposfera intermedia, que amortigua el azul profundo de la capa de ozono, harán que el “cielo” parezca menos azul. Se desconoce cuánto contribuye cada uno de los factores anteriores al color del cielo, pero conjuntamente pueden explicar todos los fenómenos observados.
Ensayos de física de VC 2017
Publicación. [¿Por qué el cielo es azul]
Resumen: L’effet Tyndall y la difusión de Rayleigh sont las explicaciones admisibles de la couleur bleue du ciel. Les fortes pluies sont cependant connues pour e´liminer les matie`res particularise ainsi que les gaz tout en donnant au ciel une couleur bleue plus fonce´e, ce qui signifie que ces deux explications sont probament incorrectes. L’auteur de cette e´tude proponer l’explication suivante pour la couleur bleue du ciel: il s’agit du bleu paˆle de l’ozone gazeux, qui apparaıˆt plus fonce´ lorsqu’il est pres´sent en quantite´s suffisantes . En primer lugar, l’ozone adquirió une couleur bleue encore plus fonce´e lorsqu’il devient liquide au voisinage de la tempe´rature de 161K (112 C), y une couleur entre le bleu et le violet-noir lorsqu’il devient solide a` moins de 82K (193,2 C). Cette dernie`re situacion existe dans la stratosphe`re infe´rieure, en particular pre`s des poˆles. Sachant que l’ozone absorbe le rayonnement ultraviolet, es probable qu’une partie du specter au voisinage du rayonnement UV (notamment le violet, l’indigo et le bleu) es aussi absorbe´ ou difuso´ par l’ozone, ce qui acentuerait la couleur bleue de la couche d’ozone. Pour un observateur a` la surface de la terre, les nombreuses couches de poussie`res et autres matie`res particulaires dans la troposphère`re (qui occupe une position interme´diaire) atte´nuent le bleu fonce´ de la couche d ‘ ozone et donnent une apparence moins bleue au «ciel». La contribución de chacun des facteurs ci-dessus a` la couleur du ciel n’est pas connue, mais ensemble ils peuvent expliquer tous les ph´nome`nes observa´s.
Palabras clave: efecto Tyndall; La dispersión de Rayleigh; Ozono; Estratosfera.
I. INTRODUCCIÓN
El color azul del cielo fue originalmente atribuido por los científicos al efecto Tyndall. Descrito por John Tyndall en 1859, este efecto es una dispersión preferencial de luz azul de longitud de onda más corta por partículas (partículas de 40-900 nm de tamaño, la longitud de onda de la luz visible es de 400-750 nm) en la atmósfera. Los espectros de longitud de onda de la luz solar como el rojo y el amarillo tienen la capacidad de atravesar estas partículas. Por lo tanto, mientras vemos que el cielo es azul, el sol y la luz solar adquieren un tono amarillo. Un ejemplo clásico de este fenómeno es el tinte azulado asumido por una piedra opalescente cuando un rayo de luz blanca atraviesa la piedra, mientras que la luz que sale del lado opuesto adquiere un tinte amarillento. Los experimentos para probar la explicación anterior implicaron pasar luz a través de contenedores de agua con una suspensión de sustancias coloidales; La leche ha sido un ingrediente popular en estos experimentos. La demostración de que el contenedor se vuelve de color azulado, mientras que el haz de luz que sale del contenedor es más amarillo / rojo se ha citado como una confirmación del fenómeno y como la explicación del color del cielo. La explicación científica de observaciones relacionadas, como por qué cerca del horizonte el cielo parece menos azul y al amanecer y al anochecer, el sol y el cielo aparecen de color rojo anaranjado también se atribuye al mismo efecto de dispersión. En el primero, se da una mayor dispersión de la luz azul por la mayor cantidad de partículas en el aire más cercano a la tierra. El último efecto se atribuye a la “reorganización” de la luz azul para que el naranja y el rojo se acentúen.
El efecto Tyndall se descartó más tarde, ya que los científicos no pudieron explicar por qué el cielo no parece más azul por la mayor cantidad de vapor de agua y polvo en condiciones de lluvia. Y, después de que el cielo se despeja de polvo y partículas, el cielo parece más azul, no menos. Un estudio posterior de Lord Rayleigh descubrió que la cantidad de luz dispersada era inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda de la luz, para partículas más finas (tamaño de partícula inferior a 40 nm) .4,5 Según estos estudios, la explicación actual es que la dispersión de luz azul se debe al oxígeno y al nitrógeno en el aire, más que a las partículas. Por lo tanto, la luz azul de longitud de onda más corta se dispersa por estas moléculas, mientras que la longitud de onda más larga, amarilla y roja, pasa relativamente sin verse afectada. A las partículas más grandes en la atmósfera, como el vapor de agua, se les atribuye la dispersión de la luz de todas las longitudes de onda y esto se llama dispersión de Mie, llamada así por el físico alemán Gustav Mie.6 Debido a esta dispersión de la luz de todas las longitudes de onda, las nubes al atardecer parecen grises / blanco mientras que el resto del cielo aparece amarillo-rojo debido a la dispersión de Rayleigh. Este documento propone que los colores asociados con el cielo en diferentes lugares, en diferentes momentos del día y en diferentes condiciones climáticas se deben a fenómenos muy diferentes. En los párrafos siguientes, explicaremos cómo el color del ozono en la capa de ozono imparte diferentes tonos de azul, dependiendo de la ubicación, la temperatura ambiente, las condiciones climáticas prevalecientes, etc. Cuando sea apropiado, también asignaremos el papel apropiado para el ” eliminación “de luz de longitud de onda más corta por polvo / partículas en la atmósfera.
II DISCUSIÓN
En preparación para este artículo, se realizó una revisión exhaustiva de la literatura científica disponible tanto impresa como en línea. Lo que se descubrió fue que la mayoría de los autores narran una serie confusa de explicaciones y no podían explicar satisfactoriamente todos los fenómenos observados y en todas las circunstancias. Sus intentos de explicar los fenómenos variados, como el azul habitual del cielo, el azul más claro del horizonte, las puestas de sol multicolores y la neblina azul de objetos distantes, todos atribuibles a la dispersión de Rayleigh o al efecto Tyndall pueden ser cuestionados. Discutiremos a continuación por qué sus explicaciones fallan en algunas situaciones y por qué la inclusión de las ideas expresadas en este documento explica más completamente las observaciones.
Este autor había sido escéptico durante mucho tiempo sobre el uso de la dispersión de las radiaciones azules por las partículas o moléculas como la explicación de por qué el cielo es azul. Si la luz azul es preferentemente “dispersada” por las moléculas (o partículas), entonces más moléculas más cercanas a la tierra en el horizonte deberían hacer que el cielo se vea azul más profundo, no menos. Y, si el color azul se dispersa por toda la atmósfera, entonces las nubes deberían aparecer azules y no blancas, ya que estamos mirando las nubes a través de las capas de la atmósfera. La atmósfera polvorienta de Marte hace que su cielo se vea rojo en las condiciones habituales; Esto se ha atribuido a la alta concentración de óxido de hierro en su atmósfera.7 Se han observado imágenes del cielo marciano con un color azul pálido cuando se asienta el polvo, e informes de no solo la presencia de ozono en su atmósfera sino también al menos se han presentado dos capas de ella.8,9 En el caso de la luna de la Tierra, la atmósfera es negra pero su atmósfera no está desprovista de gases y partículas; tiene cantidades significativas de polvo, helio, neón e hidrógeno.10 Sin embargo, se desconoce si la cantidad de polvo y gases son inadecuados para producir la dispersión de Rayleigh y es por eso que el cielo en la luna es negro. Sin embargo, la ausencia de ozono en la atmósfera de la luna es notable y esta, creemos, es la verdadera razón de la ausencia de color azul en el cielo de la luna. Nuestra revisión del sitio web de la NASA no reveló la presencia de un cielo azul en ninguno de los otros planetas terrestres. El ozono está notablemente ausente en todas sus atmósferas, a diferencia de la Tierra y Marte.
El ozono está situado en una región de la atmósfera en la parte media de la estratosfera, entre 10 y 50 km, como una envoltura alrededor de la tierra. Esta capa de ozono puede impartir un color azul al menos de dos maneras. Primero, el color natural del gas ozono es azul claro; se podría argumentar que una columna de dicho gas o innumerables capas de gas cuando se ve como un todo podría parecer aún más azul. Además, la temperatura ambiente en la estratosfera es lo suficientemente fría como para que parte de este ozono se convierta en líquido y, por lo tanto, imparta un tono azul más profundo.11–13 También se sabe que el color azul pálido del gas de ozono se convierte en un azul profundo. negro cuando se vuelve sólido a temperaturas aún más bajas. Por lo tanto, la capa de ozono de la estratosfera aparecerá en azul de diferentes grados, dependiendo de la temperatura prevaleciente en cada región, incluido un negro azulado profundo en los polos.
El ozono puede impartir un color azul a la estratosfera de otra manera. El ozono absorbe las dañinas radiaciones UV de la luz solar. Dado que el espectro UV está muy cerca de los espectros violeta, índigo y azul, el agregado podría ser un tono azul. Esto puede deberse a que cuantitativamente domina la luz azul o porque el agregado de azul, índigo y violeta todavía está registrado como azul por los conos (las células fotorreceptoras sensibles al color en la retina que descifran el color, y que son más sensibles al rojo, colores verde y azul). No se sabe cuánto de este efecto particular contribuye al color azul general de la capa de ozono, o si otros fenómenos físicos en la región estratosférica, como el muy bajo efecto gravitacional de la tierra, también es importante.
Se propone que esta capa de ozono, que existe literalmente como un globo alrededor de la tierra, con su color azul atrapado, es la razón de la ilusión de que el cielo es de color azul. Esto explicará por qué en condiciones nubladas el color se vuelve menos intenso y después de que una fuerte lluvia haya despejado la atmósfera de partículas, incluido el polvo e incluso cantidades sustanciales de gases, el cielo parece azul más profundo. Numerosos estudios científicos han proporcionado evidencia de la eliminación de partículas por el proceso de “impacto” por las gotas de lluvia, así como por la gravedad y de los gases mediante un proceso llamado “eliminación”. 14–22 Esta eliminación de partículas y gases por la lluvia profundizar el color azul del cielo hará que el efecto Tyndall y la dispersión de Rayleigh sean insostenibles como explicaciones del color azul del cielo. Lo anterior también sugiere que, en circunstancias normales, el color azul pálido del cielo se debe a algún efecto amortiguador de la luz que atraviesa las partículas en la atmósfera terrestre. Esta hipótesis explica además por qué las nubes, que están mucho más cerca de un observador en la superficie de la tierra, en la troposfera, que la capa de ozono (que está en la estratosfera) por lo tanto
No tomes el color del cielo. Las dos observaciones anteriores tampoco pueden explicarse por las dispersiones de Tyndall o Rayleigh. Cuando se ve desde el espacio (más allá de la estratosfera), por ejemplo, desde el transbordador espacial, la tierra tiene un color azul profundo; Esto se debe a que el observador está viendo el color adecuado de la capa de ozono, sin el efecto diluyente de la atmósfera terrestre. La neblina cerca del horizonte cuando el sol está arriba, como durante el mediodía, también es fácil de explicar por la hipótesis actual; El aumento del polvo cerca de la superficie de la tierra oscurece el color del cielo en mayor medida que el cielo, cuando la línea de visión del observador es perpendicular a los rayos del sol. Explicaciones similares explicarán el color azul profundo del cielo en lugares vírgenes de la naturaleza (como los bosques) y tonos cada vez más claros de azul a gris en lugares polvorientos. La apariencia rojo anaranjado de las puestas de sol y los amaneceres se debe a los rayos del sol que atraviesan las gruesas capas de polvo cerca de la tierra, y en el proceso las partículas de polvo permiten progresivamente que pasen los rayos de mayor longitud de onda como el amarillo y el rojo; El presente autor está de acuerdo con la explicación convencional, solo en este fenómeno. También vale la pena señalar que el color naranja / rojo impartido por este fenómeno pinta las nubes y el cielo intermedio, así como el sol, a diferencia del color azul que reside solo en el cielo durante el resto de las horas del día. Un fenómeno relacionado es cómo la luna adquiere un tinte rojo justo antes del eclipse total de la luna; aquí la luz del sol rozando las capas de polvo cerca de la tierra antes de llegar a la luna está filtrando los azules de longitud de onda más corta.
El hallazgo de grandes áreas de azul más profundo en las regiones polares se ha atribuido a la pérdida de ozono (“agujero de ozono”). El autor actual cree que esto es una suposición errónea. Si bien es cierto que hay pérdida de ozono, presumiblemente por el uso de clorofluorocarbonos (CFC), eso no aumentará el color azul del cielo en ninguna región. Además, incluso las reducciones en el ozono de los aerosoles estarán cerca de la masa terrestre de la tierra en otras áreas además de los polos, y particularmente en regiones con una gran población humana. Los polos tienen poca o ninguna actividad humana y es más probable que la atmósfera allí sea prístina. En cambio, dado que las temperaturas alrededor de los polos son mucho más bajas que en cualquier otro lugar, es mucho más probable que incluso si hubiera una disminución de las cantidades de ozono en esas regiones, todavía parecería tener un color azul más profundo, simplemente porque el ozono es en parte en estado líquido o incluso sólido. Hay informes de aumentos en el ozono en las Regiones Polares en la primavera y esto se ha atribuido a la “entrada de aire rico en ozono” desde las latitudes más bajas.23 En cambio, se podría argumentar que el gas de ozono más bajo medido en los polos en invierno puede debido a la incapacidad de los métodos actualmente disponibles para medir el ozono licuado o solidificado en el
HIGO. 1. (Color en línea) Vista de la Tierra desde el espacio. Esta es una imagen de la tierra y la luna desde el espacio exterior. Tenga en cuenta el color azul profundo del globo. Además, hay una franja clara de sobre azul alrededor del globo, claramente visible en el borde izquierdo de la imagen de la tierra, con un borde claramente delineado. El color negro fuera de la tierra es el espacio profundo, y la luna es la pequeña bola gris cerca de la esquina superior derecha. Esta imagen es de http://www.nasa.gov/multimedia/i…index.html
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Frío intenso del invierno. Los aumentos de ozono en la primavera en estas regiones pueden ser simplemente la temperatura más cálida que convierte parte del ozono líquido o sólido en la forma gaseosa y, por lo tanto, se puede medir.
La prueba de la explicación actual de por qué el cielo es azul se puede encontrar en el hecho de que los astronautas en transbordadores espaciales notan un cielo completamente negro, mientras que los viajeros en los aviones comerciales, que vuelan en la Estratosfera, ven el cielo de un color azul profundo. La capa de ozono se encuentra en el nivel de la estratosfera (aproximadamente 10–50 km sobre la tierra), mientras que los transbordadores espaciales y la mayoría de los satélites viajan o están situados alrededor de 300–400 km sobre la superficie de la tierra, en la mesosfera. Aún más sugerente es la aparición de la tierra misma desde el espacio exterior; Hay una franja de color azul profundo que se extiende desde la superficie de la tierra a una corta distancia, en todo el mundo. Este color azul termina abruptamente con un borde afilado como si estuviera dentro de un sobre. Esto puede usarse como el argumento más convincente a favor del color azul del cielo que reside principalmente en la capa de ozono. Si, por otro lado, el azul del cielo se debe únicamente a la dispersión de moléculas cercanas a la tierra, las cantidades decrecientes de estas mismas moléculas cada vez más lejos de la superficie de la tierra deberían producir la aparición de un azul gradualmente decreciente, más bien que un corte abrupto (Fig. 1).
Si las actividades humanas logran destruir todo el ozono alrededor de la tierra, probablemente veremos el cielo también negro, aquí en la tierra. Los experimentos para probar (o refutar) nuestra explicación actual podrían ser difíciles, si las temperaturas extremadamente bajas, la baja gravedad y el aire enrarecido, así como una cierta concentración de ozono son críticos para la pantalla de color azul. Obviamente, tales experimentos solo pueden organizarse en el espacio exterior, para reproducir el estado gravitacional bajo, si eso también es crítico. Si dichos experimentos reproducen el color, eliminar el ozono del sistema y demostrar que se pierde el color azul, confirmará la prueba.
III. CONCLUSIÓN
Este artículo presenta argumentos sobre las contribuciones hechas por el ozono en la capa de ozono que rodea la tierra, al color azul del cielo. El autor actual sugiere que el azul del cielo aéreo se debe al color del ozono, mientras que la neblina en el horizonte se debe al aumento del polvo cerca de la superficie de la tierra, que obstruye físicamente el azul del ozono. El rojo anaranjado de los atardeceres y amaneceres se debe al paso preferencial de la longitud de onda más larga amarilla y roja por el mismo polvo, pero mientras los rayos del sol viajan paralelos a la superficie de la tierra y en la línea de la vista de un observador. Por lo tanto, este artículo enfatiza que diferentes fenómenos que rodean el cielo y la atmósfera tienen diferentes bases físicas, en lugar de que solo se ofrezca uno para explicar todas las observaciones variadas.
EXPRESIONES DE GRATITUD
Deseo agradecer la excelente asistencia de secretaria de la Sra. Rosie Gonzales en la preparación de este manuscrito y en su asistencia en la presentación de ensayos de física.
BIBLIOGRAFÍA
1 R. Petrucci, W. Harwood, F. Herring y J. Madura, Química general: principios y aplicaciones modernas, novena edición. (Prentice Hall, Upper Saddle River, Nueva Jersey, 2007).
2J. H. Seinfeld y SN Pandis, Atmosphere Chemistry & Physics, 2ª ed. (John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2006), cap. 15.1.1.
3 Consulte http: //www.desy.de/user/projects… para obtener una explicación de por qué el cielo es azul.
4 K. Rajagopal, Libro de texto sobre física de la ingeniería (PHI, Nueva Delhi, India, 2008), Parte I, cap. 3)
5 S. Chakraborti, enm. J. Phys. 75, 824 (2007).
6 G. Mie, Ann. Phys. 330, 377 (1908).
7 Ver la hoja de datos de Marte para la composición atmosférica de Marte.
8 S. Lebonnois, E. Que´merais, F. Montmessin, F. Lefe`vre, S. Perrier, J.- L.Bertaux y F. Forget, J. Geophys. Res: Planetas 111, E09S05 (2006).
9S. Perrier, JL Bertaux, F. Lefe`vre, S. Lebonnois, O. Korablev, A. Fedorova y F. Montemessin, J. Geophys. Res .: Planetas 111, E09S06 (2006).
10 Ver la Hoja de datos de la Luna para la composición atmosférica de la Luna.
11 AG Strength, J. Chem. Ing. Datos 6, 431 (1961).
12 Ver http://www.epa.gov/ozone/science… para una discusión sobre el ozono y los peligros de su agotamiento en la capa de ozono.
13 V. Ramaswamy, ML Chanin, J. Angell, J. Barnett, D. Gaffen, M. Gelman, P. Keckhut, Y. Koshelkov, K. Labitzke, JJR Lin, A. O’Neill, J. Nash, W Randel, R. Rood, K. Shine, M. Shiotani y R. Swinbank, Rev. Geophys. 39, 71 (2001).
14 JM Hales, Atmos. Reinar. 6, 635 (1972).
15 TD Davies, Atmos. Reinar. 10, 879 (1976).
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17 TY Chang, Atmos. Reinar. 18, 191 (1984).
18 WH Chen, Atmos. Reinar. 38, 1107 (2004).
19 BEA Fisher, Atmos. Reinar. 16, 775 (1982).
20 R. Naresh, int. J. Ciencia no lineal. Numer. Simul 4, 379 (2003).
21 R. Naresh y S. Sundar, Anal no lineal: Modell. Control 12, 227 (2007).
22 R. Naresh, S. Sundar y JB Shukla, Anal no lineal. RWA 8, 337 (2007).
23 Ver http: //.albany.edu/faculty/rgk/a… para la medición del ozono en los polos en el invierno versus a fines de la primavera.
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