FÍSICA RECREATIVA

Conocí el destello verde gracias a los artículos de D. J. K. O»™Connell y casi al mismo tiempo en la obras del físico soviético Yakov Perelman. En su Física Recreativa, Capítulo Octavo. Reflexión y refracción de la luz, Perelman explica de una forma entretenida este curioso fenómeno de la naturaleza:

«El rayo verde

«»¿Ha presenciado usted alguna vez la puesta del Sol en el mar? Sí, indudablemente. ¿Y siguió al Sol hasta ese momento en que la parte superior de su disco toca la línea del horizonte y luego desaparece? Probablemente también. Pero, ¿se dio cuenta de un fenómeno que suele ocurrir en el momento en que el astro radiante lanza su último rayo, cuando el cielo está completamente despejado y transparente? Puede que no. Pues, no pierda la ocasión de presenciar este fenómeno. Sus ojos percibirán, no un rayo rojo, sino un rayo de maravilloso color verde, de un color, que no hay pintor que pueda reproducirlo en su paleta y que la propia naturaleza no ha repetido ni en los diversos tonos de las plantas, ni en el color más transparente de los mares».

«Un comentario como éste, publicado en un periódico inglés, entusiasmó de tal forma a la joven protagonista de la novela de Julio Verne «El Rayo Verde», que resolvió emprender una serie de viajes con el único fin de ver con sus propios ojos el mencionado rayo. La joven escocesa no consiguió, según la narración del novelista, observar este bello fenómeno de la naturaleza. No obstante, el rayo verde existe. El rayo verde no es una simple leyenda, a pesar de que con él guarden relación muchas historias legendarias. El rayo verde es un fenómeno que puede admirar todo aquel que tenga afición a la naturaleza, siempre que lo busque con suficiente paciencia.

«¿Por qué se produce el rayo verde?

«Para comprender la causa de este fenómeno hay que recordar cómo vemos los objetos cuando los miramos a través de un prisma de cristal. Hagamos, por ejemplo, el siguiente experimento: cojamos un prisma de cristal y, teniéndolo delante del ojo horizontalmente, con la parte ancha hacia abajo, miremos a través de él una hoja de papel blanco clavada en la pared. Notaremos, en primer lugar, que dicha hoja sube a una altura mucho mayor que la que ocupa en realidad, y, en segundo lugar, que tiene en su parte superior un borde violáceo azulado y en la parte inferior otro borde amarillo rojizo. La elevación depende de la refracción de la luz y los bordes coloreados, de la dispersión que produce el cristal, es decir, de la propiedad que tiene éste de refractar distintamente los rayos de colores distintos. Los rayos violeta y azules se refractan más que los restantes, por lo cual, el borde que vemos en la parte superior es violáceo azulado; los rayos rojos, por el contrario, son los que menos se refractan, por cuya razón vemos nuestra hoja de papel con un borde rojo en su parte inferior.

«Para en adelante comprender mejor, es conveniente detenernos un poco en el origen de estos bordes coloreados. El prisma descompone la luz blanca, procedente del papel, en todos los colores del espectro, produciendo una multitud de imágenes de dicha hoja de papel, situadas en el orden correspondiente a la refracción de los distintos colores, pero superpuestas parcialmente unas a otras. De la acción simultánea de estas imágenes coloreadas superpuestas, nuestro ojo recibe la sensación del color blanco (suma de los colores del espectro), pero por arriba y por abajo sobresalen los bordes de los colores que no se mezclan. Goethe, el insigne poeta y naturalista alemán del siglo XVIII, que hizo este experimento, pero que no comprendió su sentido, pensó, que acababa de descubrir la falsedad de la teoría de Newton sobre los colores, y escribió su propia «Ciencia de los Colores», la cual está basada casi totalmente en ideas falsas. Es de suponer que nuestros lectores no repetirán los errores de este gran poeta y no esperarán que el prisma pinte para ellos, con nuevos colores, todos los objetos que les rodean.

«La atmósfera terrestre viene a ser para nuestros ojos algo así como un enorme prisma de aire, cuya base está dirigida hacia abajo. Cuando miramos al Sol en el horizonte, lo hacemos a través de este prisma gaseoso. El disco toma por su parte superior un borde de color azul y verde, y por la inferior otro, de color rojo y amarillo. Mientras el Sol se encuentra sobre el horizonte, la claridad de la luz del disco es tan intensa, que apaga estas zonas coloreadas e impide que las veamos. Pero en el momento de la salida y de la puesta del Sol, cuando casi todo el disco está oculto tras el horizonte, podemos ver el borde azul de su parte superior. Este borde es en realidad bicolor: su parte más alta está formada por una franja azul, y la más baja, por una celeste, resultado de la mezcla de rayos azules y verdes. Cuando el aire próximo al horizonte está completamente limpio y transparente, vemos el borde azul, o «rayo azul». Pero con frecuencia, los rayos azules se dispersan en la atmósfera y queda solamente un borde verde; éste es precisamente el fenómeno del «rayo verde». En la mayoría de los casos, la atmósfera está turbia, y dispersa, además de los rayos azules, los verdes. En este caso no se observa ningún borde y el Sol, al ponerse, semeja una esfera purpúrea.

«El astrónomo soviético G. Tijov, que consagró al «rayo verde» una investigación especial, nos comunica algunos indicios de la visibilidad de este fenómeno. «Si el Sol tiene color rojo al ponerse y es fácil de contemplar a simple vista, puede decirse con toda seguridad que no habrá rayo verde». La causa es comprensible, porque el color rojo del disco solar indica que en la atmósfera se produce una gran dispersión de los rayos azules y verdes, es decir, de los que forman el borde superior del disco. «Por el contrario – continúa el astrónomo -, si el ordinario color blanquecino amarillento del Sol cambia poco y éste se pone resplandeciente (es decir, cuando la atmósfera absorbe poca luz. – Y.P.), es muy posible que se produzca el rayo verde. Pero en este caso tiene gran importancia que el horizonte forme una línea bien definida, sin desigualdades, ni bosques próximos, ni edificios, etc. Estas condiciones se dan preferentemente en el mar; he aquí por qué el rayo verde es bien conocido por los marinos».

«Quedamos, pues, en que para ver el «rayo verde» hay que observar el Sol, en el momento de salir o de ponerse, cuando el cielo está muy despejado.

«En los países del sur, el cielo suele ser más transparente en el horizonte, que en los del norte, por lo cual es allí donde este fenómeno se observa con más frecuencia. Pero esto no quiere decir que en las latitudes medias se produzca tan raras veces como muchos creen y seguramente influidos por la novela de Julio Verne. Las búsquedas obstinadas del «rayo verde», tarde o temprano, acaban viéndose coronadas por el éxito. Se han dado casos en que este bello fenómeno se ha podido contemplar con anteojo de larga vista. Dos astrónomos alsacianos describen una observación de este tipo de la forma siguiente:

«… En el último minuto precursor de la puesta del Sol, cuando, por consiguiente, aún se veía una parte apreciable de él, su disco, cuyos límites eran ondulados y móviles, pero bien definidos, estaban rodeados de un margen verde. Mientras el Sol no se puso por completo, este margen no se distinguía a simple vista. Solamente se hizo visible en el momento en que el Sol desapareció tras el horizonte. Si un fenómeno como éste se observa con un anteojo de suficiente aumento (aproximadamente de 100 veces), se puede seguir minuciosamente todo el transcurso del mismo: el margen verde comienza a notarse, por lo menos, 10 minutos antes de ponerse el Sol; este margen limita la parte superior del disco, mientras que en la inferior se observa un margen rojo. La anchura de este margen es muy pequeña al principio (de varios segundos de arco en total), pero después va aumentando a medida que se pone el Sol. A veces llega a alcanzar hasta medio minuto de arco. Sobre este margen verde suelen verse unas prominencias del mismo color, las cuales, al ir desapareciendo paulatinamente el Sol, parece que se deslizan por su orilla hasta llegar al punto más alto. Algunas veces, estas prominencias se separan del margen, brillan varios segundos aisladas de él y luego se apagan» (fig. 119).

«Generalmente, el fenómeno dura un par de segundos. Pero en circunstancias extraordinarias esta duración aumenta sensiblemente. Se ha registrado un caso en que el «rayo verde» se observó…¡durante más de 5 minutos! El Sol se ocultaba detrás de una lejana montaña, cuando un observador, que caminaba deprisa, vio como el margen verde del disco solar parecía deslizarse por la pendiente de aquélla (fig. 119).

«Es muy interesante la observación del «rayo verde» al salir el Sol, cuando su parte superior comienza a surgir de detrás del horizonte. Esto desmiente la versión de que el «rayo verde» no es más que una ilusión óptica, que se produce por cansancio del ojo con el brillo del Sol al ponerse.

«El Sol no es el único astro que lanza el «rayo verde». Este fenómeno se ha podido observar también al ponerse Venus».

Continuará…

EL DESTELLO VERDE

Cuando el Sol está cerca del horizonte se observan fenómenos jamás vistos a ninguna otra hora. Quizá el más espectacular sea el breve destello verde que puede verse a veces. Antes se suponía que era un fenómeno fisiológico, pero la fotografía en colores ha mostrado que tiene realidad física: su existencia puede explicarse mediante las leyes ordinarias de la óptica. El fenómeno depende no solo de las condiciones existentes cerca de la superficie, sino también de las de la alta atmósfera, y su conocimiento puede ser útil para la investigación de la última.

No hace falta ir a los trópicos para ver el destello verde: puede observarse en cualquier latitud sobre la tierra y sobre el mar. A veces es también visible a la salida del Sol. El destello no es necesariamente verde; puede ser azul o violeta. Lord Kelvin describió un destello azul que había observado en 1899 al salir el Sol sobre el Mont Blanc.

La primera descripción publicada del fenómeno es la de David Winstanley en 1873: «El rayo verde empieza en los vértices del segmento visible del Sol, y, cuando la puesta de éste es casi completa se extiende desde ambos vértices al segmento central, donde produce un destello momentáneo e intenso de luz visible al ojo desnudo».

Winstanley cita una carta de James Prescott Joule, que describe sus propias observaciones y las anteriores de Joseph Baxendell.

La primera observación que he podido encontrar es de William Swan y data de 1865; al parecer vio desde Righi un relámpago deslumbrante color verde esmeralda sobre una montaña distante. Sin embargo, no publicó tal observación hasta 1883, quizá después de leer la novela de Julio Verne, Le rayon vert, aparecida en 1882 y que parece haber despertado interés general por esta materia. Por lo menos se ha escrito mucho desde entonces.

Las opiniones acerca de la naturaleza del destello verde han estado divididas. Muchos mantienen que es meramente un fenómeno subjetivo que resulta de la fatiga de la retina, de tal forma que se ve el color complementario después del deslumbramiento de los rayos rojizos del Sol al ocultarse. Es curioso que esta fue la opinión de William Swan después de hacer la observación mencionada arriba, aunque parece evidente que el destello verde a la salida del Sol no puede ser el resultado de la fatiga retinal; Swan lo achacó al color rojizo del cielo al amanecer.

TEORÍA DEL DESTELLO VERDE

Los principales factores que originan el destello son la dispersión y la absorción de la luz solar en la atmósfera de la Tierra. La velocidad de la luz disminuye al aumentar la densidad del aire, de tal forma que un rayo de luz es refractado en su paso a través de la atmósfera, a no ser que su origen esté justo en el cenit. El rayo se desvía hacia la vertical con relación a su dirección original; por tanto, el Sol o una estrella aparecen más altos en el cielo de lo que están en realidad. La refracción aumenta con la distancia al cenit y los rayos de longitud de onda más corta (violeta, azul y verde) se desvían más que los de longitud de onda más larga. El resultado neto es que la imagen de una estrella se descompone en un espectro, con el azul o verde encima y el rojo debajo, y la longitud del espectro aumenta al disminuir la altura.

Este efecto aparece muy claro cuando fotografiamos cuerpos estelares como el Sol o Venus cuando están cerca del horizonte: puede verse que los astros presentan un borde verde estrecho en la parte superior, y un borde rojo en la inferior, aunque esos bordes son difíciles de apreciar a simple vista la mayor parte de las veces.

El aire no sólo refracta la luz sino que también la absorbe. Al ponerse una estrella, su luz atraviesa un espesor de aire cada vez mayor. La absorción aumenta y la estrella aparece más débil. Sin embargo, la absorción no es uniforme en todo el espectro. Algunos constituyentes normales de la atmósfera, como el vapor de agua, el oxígeno y el ozono, absorben unas longitudes de onda más que otras. El resultado es que ciertos colores se debilitan más que otros al acercarse una estrella al horizonte.

A veces las bandas de absorción debidas al vapor de agua, llamadas a menudo bandas de Brewster, quien las descubrió, afectan los rayos naranja y amarillo, muy fuertemente. Al ponerse el Sol, la luz naranja y amarilla casi desaparece, de tal forma que hay un vacío en el espectro y una transición brusca del rojo o rojo-anaranjado, al verde.

Otro factor que influye en el destello es la dispersión de la luz solar por las moléculas de aire. Debido a esta dispersión, que es también la causa de que el cielo sea azul, los colores violeta y azul de la luz solar se debilitan más y más al acercarse el Sol al horizonte. Cuando el resto del Sol se ha ocultado ya detrás del horizonte, sólo queda una franja verde estrecha, pues el azul y el violeta ya no son visibles. En esas condiciones puede verse un destello verde en el último momento de la puesta. El destello puede incluso aparecer completamente separado del disco solar y flotar encima del horizonte cuando el Sol ya ha desaparecido. A grandes alturas y cuando el aire está muy claro, puede todavía verse el azul durante la puesta, y el destello puede ser verde azulado, azul, o, mucho más raramente, violeta.

El polvo y la niebla pueden producir una absorción general de la luz solar, así como una absorción selectiva o dispersión de longitudes de onda especiales. En general el polvo y la neblina hacen menos probable la aparición del destello verde, especialmente cuando el Sol está muy rojizo.

Por otra parte, ciertas condiciones pueden aumentar la intensidad o duración del destello y facilitar u observación. Cuando la temperatura del aire aumenta con la altura se forma en la atmósfera lo que se llama una capa de inversión, y en estas condiciones ocurren espejismos.

J. Evershed, a bordo de un barco en los trópicos, veía a menudo un destello verde brillante en el ocaso, y notó que en cada ocasión había un notable espejismo causado por una delgada capa de inversión cercana al mar:

«A la puesta del Sol el último segmento del disco que desaparecía fue… reflejado e invertid, dando lugar a una forma lenticular con los vértices levantados como un minuto por encima del horizonte. El destello verde ocurrió cuando los vértices bordeados de verde se fundieron en un todo brillante… Me parece evidente… que la capa de inversión intensifica grandemente el efecto de la dispersión ordinaria al añadir la luz de la imagen reflejada a la de la imagen directa en el momento de la puesta».

La confirmación experimental del aumento de la intensidad del destello verde debido al espejismo ha sido dada por T. S. Jacobsen quien fotografió el espectro del destello verde y comparó la intensidad de su luz verde con la intensidad de la luz verde en el espectro del Sol cuando éste está en posición baja.

La duración del destello verde depende de la velocidad a la que sale o se pone el Sol, lo que depende de la estación del año. La anchura vertical del borde verde es de unos 10 segundos de arco, que en las latitudes medias sólo tarda una fracción de segundo en pasar debajo del horizonte. Las condiciones atmosféricas pueden aumentar la anchura del borde verde, con un aumento correspondiente de la duración del destello.

El Sol se pone más despacio y el destello verde dura más a medida que nos acercamos a los polos. En Hammerfest (79 ºN), en un periodo del año puede durar hasta 14 minutos: siete minutos mientras se oculta el Sol detrás del horizonte y otros siete minutos al orto que sigue inmediatamente a ese ocaso. El periodo es aún mayor cuando el Sol sigue, al salir o al ponerse, el perfil de una montaña.

M. Minnaert pudo mantener la observación del fenómeno desplazándose a lo largo de una pendiente a la velocidad apropiada. La duración más larga que se ha registrado es la comunicada por la expedición antártica del almirante Byrd en Little America (78 ºS), en 1929, cuando el Sol siguió el horizonte irregular de la barrera de hielo y se vio aparecer y desaparecer el destello verde durante 35 minutos. Había una fuerte inversión de temperatura cerca del hielo, lo que sin duda aumentó la intensidad.

INVERSIONES DE TEMPERATURA

Como se ha explicado más arriba, la refracción hace que el Sol aparezca más alto en el cielo, de lo que realmente está. En el ocaso, la imagen del Sol se levanta tanto, que el astro se ve cuando en realidad está ya debajo del horizonte; en otros términos, la refracción retrasa la puesta del Sol, de la misma manera que adelanta la salida.

La magnitud de la refracción varía con las condiciones atmosféricas: pude a veces ocurrir que la refracción sea apreciablemente mayor que la normal. En este caso, el ocaso, además de retrasarse, dura más que de ordinario y también aumenta la duración del destello.

Existen ejemplos de casos notables de refracción anormal. El más sorprendente es el comunicado por marinos holandeses en Nueva Zemlia en 1597: vieron el Sol durante catorce días cuando hubiera debido estar debajo del horizonte; la refracción era de más de 4 grados. Esta información fue estudiada por Kepler y otros, y muchos llegaron a la conclusión de que la observación era imposible y que debería haber alguna confusión en las fechas, debida a la reciente reforma gregoriana del calendario. Sin embargo, las observaciones eran muy correctas, como mostró en el siglo XX S. W. Visser, quien señala que Sir Ernest Shackleton notó un fenómeno semejante en el mar de Weddell, en su última expedición antártica en 1915.

El destello verde ha sido observado desde muchas partes de la tierra, pero es más probable verlo en los mares tropicales, o en montañas altas o en el aire claro de Egipto. Hay razones para suponer que había sido observado por los antiguos egipcios. Puede verse muy frecuentemente en Egipto a la puesta, y aún más fácilmente, a la salida del Sol, pues entonces el aire es especialmente claro y libre de polvo.

El destello verde es tan estrecho que está por debajo del poder de resolución del ojo humano; sólo se le puede ver a simple vista cuando ha desaparecido la mayor parte del disco solar. Es entonces cuando el destello verde, con su forma lenticular, permanece por un instante encima del horizonte.

Es mucho más fácil de ver si se utilizan binoculares o un telescopio pequeño, aunque, desde luego, hay que tener mucho cuidado para no dañarse los ojos al hacerlo. La razón de utilizar un instrumento óptico es aumentar el tamaño del destello verde. A menudo se puede ver bastante bien el destello verde con unos anteojos pequeños, incluso cuando no es visible a simple vista. Sin embargo, si se quiere distinguir los muchos detalles finos, tal como han sido fotografiados frecuentemente, es necesario tener un telescopio de distancia focal bastante grande.

Al inicio de las investigaciones muchos intentaron fotografiar en colores el fenómeno con una máquina de foco corto. Al fallar el intento, dedujeron que el fenómeno era subjetivo.

Puede utilizarse, entre el ocular o el ojo, un filtro neutro que reduzca la intensidad de la luz sin alterar el color.

Continuará…

Swan William, Green sunlight, Nature, Vol. 29, 76, Lond., 1883.

La primera cita de Julio Verne al rayo verde la hizo en su, Les Indes Noires, Hetzel, Paris, 1877, Pág. 186 (Capítulo XVII, Un Lever de Soleil)

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