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La luz del Sol parece blanca, pero lleva dentro todos los colores del arcoíris. Al atravesar el aire, el azul rebota de aquí para allá mucho más que los demás colores. Por eso te llega a los ojos desde todos los rincones del cielo, y el cielo se ve azul.

La luz blanca del Sol es una mezcla de colores, y cada color tiene su propia longitud de onda: corta para el azul, larga para el rojo. Las moléculas del aire desvían mucho más las longitudes de onda cortas. Es lo que se llama dispersión: la luz azul, dispersada en todas direcciones, llena el cielo.

Es la dispersión de Rayleigh. Las moléculas de nitrógeno y oxígeno son mucho más pequeñas que la longitud de onda de la luz, y la dispersan tanto más cuanto más corta es la onda: el azul (unos 450 nm) mucho más que el rojo (unos 700 nm). El violeta se dispersaría todavía más, pero el Sol emite menos y nuestros ojos son poco sensibles a él. Al atardecer la luz atraviesa mucho más aire, pierde el azul por el camino y quedan los rojos.

Para dispersores mucho más pequeños que λ, la sección eficaz de Rayleigh varía como λ⁻⁴: entre 450 y 700 nm, el azul se dispersa unas 5,9 veces más que el rojo. El espectro del cielo es el espectro solar ponderado por λ⁻⁴ y por el espesor óptico a lo largo de la línea de visión; al atardecer, el camino óptico más largo empobrece el azul. La luz dispersada también está polarizada, con un máximo a 90° del Sol: por eso un filtro polarizador oscurece el cielo.

En el límite dipolar, la sección eficaz por molécula es σ(λ) = (8π/3)·k⁴·|α|², con k = 2π/λ, corregida por la dispersión del índice de refracción y por el factor de King (≈1,05 para el aire), que tiene en cuenta la anisotropía molecular. El espectro dispersado crece hacia las longitudes de onda cortas, pero el tono percibido resulta de integrarlo con las funciones de igualación de color CIE: la baja sensibilidad del ojo por debajo de 450 nm lo desplaza del violeta al azul. Los modelos de transferencia radiativa añaden la dispersión múltiple y la extinción de Mie por aerosoles, que desatura el cielo hacia el horizonte.