The "True Colors" of Mars (17)

Ed ora, per chiudere, un articolo sui "possibili cieli azzurri di Marte" che ci è stato segnalato da Matteo Fagone e che, di fatto, supporta e chiude la sua interessante prolusione...

Perchè il cielo è blu ?
Annibale D'Ercole
Osservatorio Astronomico - Bologna

Non c’è dubbio che sia stato proprio il bel colore blu ad ispirare Manzoni nella descrizione, nei Promessi Sposi, di “… quel cielo di Lombardia, così bello quando è bello, così splendido, così in pace”. Ad un fisico, tuttavia, il cielo pone riflessioni più prosaiche: perché il cielo è blu? E perché il Sole, al tramonto, appare rosso?
Com’è noto, la luce visibile di color bianco proveniente dal Sole è composta dalla sovrapposizione di onde elettromagnetiche di diverse lunghezza d’onda che variano dai 380 nm [1 nanometro (nm) = 1 milionesimo di millimetro] della radiazione che percepiamo come violetta, fino ai 720 nm della radiazione che ci appare rossa, passando per il blu, verde, giallo, arancio.
Una volta raggiunta la Terra, un raggio solare interagisce con l’atmosfera. Quest’ultima è composta per il 78% da azoto e per il 21 % da ossigeno. Sono anche presenti argon, acqua (in forma di vapore, goccioline e cristalli di ghiaccio) e particelle solide (polveri, ceneri dai vulcani e sale dal mare).
Gli effetti dell’interazione tra luce ed atmosfera dipendono dalla lunghezza d’onda della radiazione e dalle dimensioni degli oggetti su cui questa incide.
Le particelle di polvere e le goccioline d’acqua sono molto più grandi della lunghezza d’onda della luce visibile: in questo caso la luce viene riflessa in tutte le direzioni allo stesso modo, indipendentemente dalla propria lunghezza d’onda.
Le molecole di gas hanno dimensioni inferiori e la luce si comporta diversamente a seconda della sua lunghezza d’onda. La luce rossa ha una lunghezza d’onda maggiore e tende a “scavalcare” le particelle più piccole senza “vederle”; questa luce, dunque, interagisce molto debolmente con l’atmosfera e prosegue la sua propagazione rettilinea lungo la direzione iniziale. Al contrario, la luce blu ha una lunghezza d’onda inferiore e si “accorge” della presenza delle molecole da cui è infatti riflessa in tutte le direzioni (fu Einstein a dimostrare nel 1911, contrariamente a quanto si credeva in principio, che erano proprio le molecole, e non le polveri in sospensione, la causa della diffusione).

Questa diffusione differenziale dipendente dalla lunghezza d’onda è chiamata, in inglese, Rayleigh scattering (da Lord John Rayleigh, il fisico inglese che per primo la descrisse nella seconda metà dell’Ottocento).
Più precisamente, la quantità di luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d’onda. Ne consegue che la luce blu è diffusa più di quella rossa di un fattore (700/400)4 ~ 10.