Fenómenos luminosos
En la atmosfera se producen diversos fenomenos opticos generados por la interaccion entre la radiacion solar y la atmosfera. Se analiza aqua el color azul del cielo y la formacion del arco iris y de los halos alrededor del Sol y de la Luna.
El cielo azul
Cuando la radiacion solar atraviesa la atmosfera se ve sometida a una serie de procesos que alteran su intensidad y composicion. La porcion visible del espectro se puede considerar como una mezcla de radiacion monocromotica de los distintos colores, entre el violeta y el rojo, pasando por el azul y el amarillo. Una parte de la radiacion solar que entra en la atmosfera es reflejada hacia el espacio exterior desde las nubes y la superficie de la Tierra.
Otra porcion relativamente minoritaria es absorbida en la atmosfera en tanto que una tercera fraccion sufre un proceso de dispersión, que desvía la radiación incidente en todas las direcciones. Este proceso no es igual para todos los colores del espectro, siendo su eficiencia relativamente mayor para el color azul. Es por esto que la radiación solar directa que llega a la superficie de la Tierra tiene una alta dosis en el rango amarillo del espectro mientras que la radiación que proviene de otras direcciones, denominada radiación difusa, tiene una fuerte componente en el azul. Si no existiera la atmósfera, no habrá dispersión y el cielo aparecerá de color negro, como es el caso en la Luna.
Arco iris
El arco iris tiene que ver con el cambio de dirección (refracción) que se produce en un haz de radiación solar cuando �este cambia de medio de propagación. En el caso específico de un haz de radiación solar que incide sobre una gotita de agua en suspensión en la atmósfera, se produce un secuencia de efectos que dan como resultado final la formación de un arco iris.
En primer lugar al entrar el rayo solar en la gota se produce una refracción, luego una reflexión en la parte posterior de la misma y finalmente una nueva refracción al salir el rayo de la gota. Lo notable es que los cambios de dirección de los rayos solares que ocurre en los procesos de refracción son ligeramente distintos dependiendo de la longitud de onda de la radiación incidente. Esto se traduce en una descomposición del haz incidente en los diversos colores que conforman el espectro visible. De este modo, el efecto combinado de todas las gotas de agua que desván (refractan) parte de la radiación solar hacia un observador, genera el fenómeno óptico denominado arco iris. Por la geómetra de los procesos de refracción -reflexión -refracción involucrados en este fenómeno, el �ángulo entre la dirección del observador al sol y la dirección entre �este y cualquier punto del arco iris es igual 138�. En resumen, para que se forme un arco iris, se requiere la presencia de pequeñas gotas de agua iluminadas por la radiación solar, y es por esto que normalmente este fenómeno se presenta durante la fase final de un periodo de lluvia, cuando el cielo empieza a estar parcialmente cubierto.
Halos Los halos son anillos de color blanco o de una tonalidad pálida que se forman alrededor del Sol o de la Luna. En este caso el mecanismo físico que los produce tiene que ver con procesos de reflexión y refracción en los pequeños cristales de hielo que constituyen las nubes altas de tipo cirros. El tipo más común es el generado por procesos de refracción en cristales de hielo hexagonales. En este caso el diámetro del círculo que forma el halo es tal, que si uno apunta con un brazo en la dirección del Sol (o de la Luna) y con el otro en la dirección de cualquier punto del halo, el �ángulo entre los brazos es 22�
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Rayos, relámpagos y truenos
El rayo corresponde a una descarga eléctrica en la atmósfera, que se produce entre una nube y la superficie, o entre dos nubes. El aire, desde el punto de vista eléctrico es un buen aislante. Sin embargo, cuando la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos supera un cierto valor limite, se produce una masiva descarga eléctrica en la forma de un rayo. En la situación más común, cuando la descarga se produce entre la base de una nube y el suelo, �esta tiene su origen en una separación de cargas eléctricas en la nube, con la carga negativa acumulada en la base de la misma. Esta separación induce la acumulación de una carga eléctrica positiva en la superficie del terreno debajo de la nube, generando de paso un gradiente creciente de potencial eléctrico. Cuando el gradiente de potencial alcanza un valor del orden de 3 millones de volts por metro se produce una violenta y rápida descarga eléctrica en la forma de un rayo, el cual en realidad esta� constituido por una secuencia muy rápida de descargas sucesivas a través del mismo canal.
El aumento de temperatura en los puntos por donde pasa la descarga (hasta un valor cercano a 30.000 �C) y el brusco aumento de presión debido al calentamiento asociado generan una gran luminosidad (relámpago) y ondas de sonido que constituyen el trueno. La velocidad de propagación del sonido en el aire es del orden de 340 m/s, de modo que el tiempo transcurrido entre la ocurrencia del relámpago y el trueno permite estimar la distancia del observador al punto de ocurrencia del rayo. En Chile, la región con mayor frecuencia de estos fenómenos es el Altiplano de las regiones I y II donde se registra una fuerte actividad eléctrica asociada a la nubosidad conectiva que se desarrolla durante el periodo de lluvia, en el verano.
