Frequenze diverse vengono rifratte ad angoli diversi e si forma così l’arcobaleno, in cui la luce è scomposta nei suoi colori JOSH EDELSON/Getty Images
I fenomeni ottici sono una delle ‘visioni’ straordinarie che possiamo cogliere con il nostro sguardo. Un esempio? Anche se spesso si pensa che la luce del sole sia gialla, in realtà è bianca, ossia viene emessa a tutte le frequenze. Prima di arrivare ai nostri occhi viene però filtrata dall’atmosfera: quando la luce incide sulle particelle atmosferiche, può essere riflessa, assorbita o diffusa, rifratta o diffratta, o più spesso avviene una combinazione di questi fenomeni. L’interazione avviene in maniera differente a seconda dell’angolo dello scontro, della frequenza della luce, della forma e delle proprietà delle particelle colpite. Insomma, il “filtro” atmosferico può funzionare in molti modi diversi, e questo dà luogo a una moltitudine di fenomeni ottici, uno più bello dell’altro.
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Arcobaleno
La velocità della luce non è sempre uguale, ma cambia a seconda del mezzo nella quale si propaga a causa della rifrazione: quando entra in atmosfera o dentro l’acqua, la sua velocità si riduce, e con essa la direzione del suo percorso. La velocità però cambia in modo diverso a seconda della frequenza e questo è all’origine degli arcobaleni. Quando ci sono goccioline di acqua sospese nell’atmosfera, ma c’è il Sole, la sua luce viene rifratta all’interno delle gocce, poi riflessa dalla loro superficie e poi nuovamente rifratta. Frequenze diverse vengono rifratte ad angoli diversi e si forma così l’arcobaleno, in cui la luce è scomposta nei suoi colori. La maggiore intensità del fenomeno c’è quando l’angolo tra il Sole e le gocce d’acqua è di 42°, ma se avviene una riflessione ulteriore all’interno delle gocce si può formare anche l’arcobaleno secondario, che ha i colori invertiti proprio a causa della ripetizione del processo.
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Alone
Come un arcobaleno circolare, quando la temperatura è bassa e si formano cristalli di ghiaccio sospesi in atmosfera si può formare un alone, come un cerchio luminoso che circonda il Sole. In particolare questo fenomeno si può osservare quando il Sole si vede in trasparenza tra i cirri, le nubi più sottile e alte nell’atmosfera spesso fatte proprio da cristalli di ghiaccio.
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Parelio
A volte ai lati degli aloni si vedono due macchie luminose, chiamate cani solari o parelii. I responsabili del parelio sono sempre i cristalli di ghiaccio, ma quelli di una forma specifica: devono essere piatti e orizzontali per proiettare la luce ai lati dell’alone.
Claudia Hinz/International Cloud Atlas04Corona
In apparenza simili agli aloni, le coronae sono però causate da un fenomeno diverso, ossia la diffrazione. Quando la luce incontra un ostacolo, o passa all’interno di una fenditura, il “fronte d’onda” diviene sferico (pensate alle onde del mare che entrano in una fenditura tra gli scogli). I fenomeni di diffrazione tra le gocce d’acqua delle nuvole come altocumuli e altostrati, possono causare proprio il fenomeno della corona.
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Miraggi
Da sempre popolano i racconti ambientati nel deserto: i miraggi si formano quando la luce passa attraverso strati atmosferici a diversa densità. Quando il Sole scalda molto la superficie, l’aria soprastante diventa più calda (e quindi meno densa) di quella circostante. A causa della rifrazione cambia l’angolo di propagazione della luce, facendo apparire le cose in posizioni diverse da quelle reali.
Brocken Inaglory/Wikimedia CC3.006Effetto fata morgana
Si tratta a rigore di un tipo di miraggio, che capita spesso per esempio nello stretto di Messina. Sembra di vedere strutture complesse sollevate in aria, per esempio sopra l’orizzonte del mare, immagini distorte di corpi situati sulla linea dell’orizzonte o poco oltre.
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Iridescenza
Mai capitato di vedere delle nubi che apparivano quasi incendiate, dei colori dell’arcobaleno? Sono le nubi iridescenti, un fenomeno di diffrazione, dovuto alle particelle di acqua o di ghiaccio che compongono le nubi sottili.
Brocken Inaglory/Wikimedia CC3.008Gloria
Ci sono fenomeni più complessi e non ancora ben compresi, come le “glorie”, combinazioni di diffrazione, riflessione e rifrazione attraverso gocce d’acqua nelle nubi uniformi. Questo fenomeno potrebbe nascere a causa della diffusione della luce sulla superficie delle gocce.
Brocken Inaglory/Wikimedia CC3.009Pilastri di luce
A volte al tramonto o all’alba può capitare di imbattersi in questi pilastri luminosi. Questo fenomeno è dovuto alla riflessione della luce solare sui cristalli di ghiaccio nel momento in cui il Sole si trova al di sotto dell’orizzonte.
PiccoloNamek/Wikimedia CC3.010Raggi crepuscolari
Talvolta si vedono raggi di luce che sembrano irradiarsi da un punto del cielo, come colonne di luce separate dall’ombra delle nubi: e in effetti sono proprio questo. I raggi crepuscolari si formano nei casi in cui la luce solare intensa filtra attraverso dei buchi in nubi otticamente molto spesse situate per esempio dietro la linea dell’orizzonte.
