¿Por qué el cielo es rojo al atardecer?

Un camino treinta y ocho veces más largo

El aire desvía la luz azul mucho más que la roja; eso es lo que pinta de azul el cielo del mediodía. La luz que viene derecho del Sol pierde, por el mismo motivo, una parte de su azul en el camino. Con el Sol alto la pérdida es chica y la luz llega blanca. Al atardecer, el camino se alarga tanto que casi todo el azul se queda afuera.

Cuánto se alarga está medido. El meteorólogo alemán Fritz Kasten y el astrónomo Andrew Young calcularon en 1989 cuánta atmósfera atraviesa un rayo de luz según la altura del Sol, integrando la densidad del aire capa por capa y teniendo en cuenta la curvatura de la Tierra y la refracción. Con el Sol en el horizonte, la luz cruza unas 38 veces el aire que atraviesa cuando está en el cenit.^[2]

Cuánto azul se pierde en cada tramo también está medido. Un equipo de NOAA, la agencia atmosférica de Estados Unidos, calculó en 1999 la “profundidad óptica de Rayleigh” del aire limpio: una medida de cuánto atenúa la atmósfera entera, en vertical, a cada color. A nivel del mar vale 0,22 para el azul de 450 nanómetros y 0,049 para el rojo de 650.^[1] El azul se atenúa unas 4,5 veces más.

Multiplicando las dos cosas sale lo que llega a tus ojos. Al mediodía, en aire limpio y seco, llega el 80 % del azul y el 95 % del rojo: prácticamente blanco. Con el Sol a 5° del horizonte llega el 10 % del azul y el 60 % del rojo. Y en el horizonte mismo, menos del 0,1 % del azul contra cerca del 15 % del rojo.^{[1] [2]} Eso es el disco anaranjado del Sol poniente, y es también la luz que tiñe las nubes: ya viene sin azul.

Las dos curvas se separan de golpe en los últimos diez grados. Por eso el color cambia tan rápido en la media hora final: el Sol a 10° todavía se ve blanco amarillento, y a 2° ya es naranja.

Lo que agregan el polvo y los volcanes

Ese cálculo es para aire limpio, y alcanza para dar un atardecer anaranjado. Lord Rayleigh ya lo había deducido en 1871: la luz que sigue derecho “tiende a volverse amarilla y al final roja” a medida que atraviesa más aire.^[5] Pero los atardeceres más intensos necesitan algo más: partículas.

Las grandes erupciones volcánicas dejan en la estratosfera, a 20 km de altura o más, una capa de gotitas de ácido sulfúrico de menos de un micrómetro de diámetro.^[4] Esas gotitas son del tamaño de la longitud de onda de la luz, y en vez de desviarla hacia todos lados como las moléculas, la mandan sobre todo hacia adelante.^[3] Como están tan altas, siguen iluminadas cuando el Sol ya se puso para quien mira desde abajo, y devuelven hacia el suelo luz que viene enrojecida por un camino larguísimo. El resultado es un resplandor rojo que suele ser más intenso entre 20 y 30 minutos después de la puesta y puede durar veinte minutos o más.^[4] Después de la erupción del Puyehue-Cordón Caulle, en el sur de Chile, en junio de 2011, se vieron atardeceres así sobre el Pacífico Sur.^[4]

Cómo lo sabemos

Las dos piezas del cálculo vienen de mediciones distintas. La profundidad óptica de Rayleigh se obtiene de la sección eficaz de dispersión de una molécula de aire, que depende de su índice de refracción, medido en laboratorio, multiplicada por la cantidad de moléculas en una columna de atmósfera. Bodhaine y sus colegas la recalcularon desde la teoría básica de la dispersión, con las mediciones más recientes del índice de refracción del aire, porque los métodos en uso daban resultados distintos entre sí, y la tabularon color por color para el nivel del mar y para la altura del observatorio de Mauna Loa, en Hawái.^[1] La masa de aire sale de integrar la densidad de la atmósfera estándar a lo largo del rayo curvado por la refracción. Kasten y Young encontraron así un error del 5 % en la tabla que se usaba desde 1965 para el horizonte, y dieron un valor coincidente con otros dos cálculos independientes, que dan 38,1 y 38,2.^[2]

El efecto de los volcanes se midió de una forma inesperada: en museos. Christos Zerefos y su equipo examinaron 554 cuadros de atardeceres pintados entre 1500 y 1900, de Turner, Degas, Klimt y otros, y midieron en 327 de ellos la proporción entre rojo y verde del cielo. Esa proporción sube en los años que siguen a las grandes erupciones: Tambora en 1815, Krakatoa en 1883. La correlación con el índice histórico de polvo volcánico es de 0,8. Con un modelo de transferencia de luz en la atmósfera, estimaron cuántas partículas había: una profundidad óptica de 0,05 en años normales y de cerca de 0,6 después de Tambora y Krakatoa.^[3] Es una medición indirecta con sus sesgos (los pintores no son fotómetros), pero coincide con las estimaciones por otros métodos.

Lo que se suele decir mal

“El atardecer es rojo por la contaminación.” No hace falta: el aire limpio solo ya deja pasar 700 veces más rojo que azul con el Sol en el horizonte. El polvo, el humo y los aerosoles cambian el tono y la intensidad, pero la causa de fondo es el largo camino por el aire.^{[1] [2]}

“Es que se ve el rojo porque es el color que menos se dispersa.” Es cierto a medias. Al atardecer se sigue dispersando todo; lo que pasa es que en 38 veces más aire el azul se agota antes de llegar y el rojo no.

“El cielo de El grito de Munch es un atardecer del Krakatoa.” Está discutido. La idea circula mucho y tiene base: Munch vivía en Noruega y pudo ver atardeceres volcánicos del Krakatoa desde fines de noviembre de 1883.^[4] Zerefos no incluyó el cuadro en su estudio porque su fecha no está clara, aunque midió en él un cociente rojo/verde muy alto, por encima de 2,1.^[3] En 2018, Fred Prata, Alan Robock y Richard Hamblyn compararon los colores del cuadro con fotos de atardeceres comunes, volcánicos y de nubes nacaradas (nubes estratosféricas de invierno que se ven en el sur de Noruega) y concluyeron que las nubes nacaradas encajan mejor, aclarando que es una conjetura.^[4] Nadie puede saber qué vio Munch; lo que se puede decir es que la explicación volcánica no es la única.