À noite, o céu é preto. De dia, ele é azul. Isso acontece apenas no planeta Terra, cuja atmosfera, com propriedades ópticas particulares, difunde a luz solar principalmente na faixa do azul.
Na Lua, o céu é preto: assim, qualquer que seja a hora, é possível distinguir muito bem a Terra, o Sol e os outros astros. A partir do nosso planeta, a visão é diferente. O céu é azul, ou branco quando há nuvens, e até cinza quando uma tempestade se aproxima. Essas cores se devem simplesmente à presença da nossa atmosfera, cujas moléculas absorvem certos comprimentos de onda da radiação solar.
Rayleigh para o azul do céu
Cada partícula na atmosfera é um obstáculo para a radiação solar: a luz é difundida em todas as direções. Existem dois mecanismos de difusão: um vem da natureza ondulatória da radiação solar, o outro da refração dos raios, ligada à óptica geométrica.
Se o céu é azul, é por causa da difusão de Rayleigh. Ela caracteriza a difusão da luz por partículas cujo raio é muito pequeno em relação ao comprimento de onda da radiação solar. A intensidade difundida é, segundo Rayleigh, inversamente proporcional ao comprimento de onda, por um fator elevado à quarta potência. Quanto menor o comprimento de onda da radiação, mais ela é difundida. Assim, como a luz incidente é branca, o azul, com comprimento de onda de 400 nm, será muito mais difundido na atmosfera do que o vermelho, com comprimento de onda de 800 nm.
Mie para o branco das nuvens
As moléculas pequenas o suficiente para permitir o mecanismo de Rayleigh são as moléculas do ar. Majoritárias na atmosfera, são portanto elas que explicam a predominância do azul no céu. No entanto, na presença de gotas de água ou de aerossóis, a difusão de Rayleigh deixa de ser válida. Nesse caso, é a difusão de Mie que se aplica. Ela mostra que, para essas dimensões de moléculas, a luz difundida conserva as características espectrais da luz incidente. É por isso que as nuvens são brancas.
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