El cielo que nos cubre (con un poco de física)

 

 

Estas fotografías fueron tomadas desde el tercer piso del edificio E, del Departamento de Física. Era aproximada las 5:20 de la tarde del 6 de noviembre de 2026, con una temperatura ambiente por debajo de los 24 grados centígrados. Muy cómoda para las personas habituadas a vivir en Sonora.

Dejé unos momentos mi trabajo para reflexionar unos minutos sobre lo que estaba haciendo. No fue posible porque me encontré con las imágenes del cielo que se ven en las fotos y comprendí que estaba viendo dos tipos distintos de dispersión de la luz solar. La dispersión de Rayleigh en el cielo azul, la dispersión de Mie en el color de las nubes y una estructura de las nubes con esas formas de células que se ven.

En ciencia una teoría es lo contrario de una especulación

Primero quiero explicar que en la ciencia la palabra teoría significa lo opuesto del uso que le dan en el lenguaje coloquial.

En ciencia una teoría es una estructura conceptual rigurosa que explica la realidad y genera modelos cuantitativos para lograrlo. Cuando una teoría prevalece es porque sus predicciones son acertadas y si no coincide con las mediciones es desechada.

En cambio, en su uso coloquial se le confunde con una especulación.

Es necesario aclararlo porque mi profesión es ser físico teórico y no vivo de generar especulaciones.

La forma de las nubes de las fotografías

Regresando al tema central de las imágenes del cielo: las protagonistas son las nubes que aparecen en las fotos. Tienen una estructura regular formada por células de vapor de agua y no son producto del azar. Son el resultado de un proceso que suelen llamar inestabilidad atmosférica de Rayleigh–Taylor. En este caso se inició porque a esa altura de la atmósfera había una capa de aire más húmedo y pesado arriba de una capa de aire más seco y liviano. El resultado fue que este último no lo pudo sostener.

  

La frontera que separa ambas capas se llama interfaz y se borra porque el aire más pesado de arriba encuentra rutas de caída para ocupar el lugar del aire seco de la capa inferior. Así ocurre que éste último se desplaza hacia arriba. Entonces se presenta un proceso que se llama convección y consiste en que el aire sube y baja siguiendo círculos imperfectos.

Es un fenómeno similar (no igual) a lo que podemos observar en nuestra casa si ponemos a calentar agua. En cierto momento empezamos a notar que desde el fondo ascienden pequeñas burbujas, que suben y desaparecen instantes después. Esto refleja el inicio de un movimiento convectivo: el agua caliente del fondo asciende, se mezcla con capas superiores más frías y, al enfriarse, vuelve a descender. Si las burbujas son de vapor, además pueden condensarse y desaparecer al alcanzar zonas más frías.

El color azul del cielo

Otro detalle interesante es el color y el brillo de las nubes de la foto. Ambos resultan de la interacción de la luz solar con las partículas que las componen. Intervienen fenómenos como la dispersión y, en algunos casos, la difracción de ésta. En la fotografía se aprecia un cielo azul por encima de las nubes. Ese color se debe a que la luz del Sol, que contiene todos los colores, entra en la atmósfera y se dispersa, pero de una manera en que el azul se dispersa mucho más que el rojo. Por esa razón vemos el cielo azul, mientras que en el atardecer predominan los tonos rojizos. Cuando vemos ponerse el Sol, nuestra línea de visión aprecia los rojos y anaranjados porque llegan a nosotros de manera. El nombre técnico de este proceso es dispersión de Rayleigh.

El color blanco de las nubes

Las nubes contrastan con su color blanco sobre el fondo azul. El blanco se debe a que están formadas por pequeñas gotas de agua o cristales de hielo, que dispersan la luz de manera distinta a las moléculas del aire. Esas gotas y cristales son mucho mayores que la longitud de onda de la luz visible y, por ello, dispersan casi por igual todas las longitudes de onda. Como ningún color resulta especialmente favorecido, la mezcla de colores produce el blanco. El nombre técnico de este proceso se llama dispersión de Mie.