Gli arcobaleni si formano quando la luce del Sole passa attraverso le gocce di pioggia. Sappiamo che la velocità della luce è molto alta, circa 300 mila Km al secondo. Mentre attraversa l’acqua, tuttavia, la sua velocità si abbassa notevolmente. I fisici si riferiscono a questo fenomeno come attenuazione.
Rob Hart è il meteorologo principale del National Weather Service di Charleston in Virginia Occidentale. “La luce solare è composta in realtà da tutti i i colori“, spiega. “Quando la luce del Sole attraversa le gocce di pioggia, l’acqua la piega“. Gli scienziati chiamano quell’effetto “rifrazione“.
Come nasce un arcobaleno
Ogni colore ha una lunghezza d’onda leggermente diversa che, mentre attraversa una goccia di pioggia, viene rifratta in maniera diversa. La rifrazione separa i colori e li manda fuori dalla goccia di pioggia in direzioni leggermente diverse. Questo trasforma la luce del Sole in un meraviglioso arco che attraversa il cielo.
Di tanto in tanto, la luce solare che entra in una goccia di pioggia è particolarmente intensa. Ecco come lo spiega Hart: “Solo alcune parti e colori della luce solare riescono a passare“. Un po’ di luce residua si riflette e rimbalza fuori dal bordo interno della goccia di pioggia.
Quando quella debole luce colpisce l’altro lato, è già stata divisa nei suoi colori costituenti. E poiché è un riflesso, i colori appaiono invertiti. Ecco perché, quando osserviamo un doppio arcobaleno, l’arco secondario è molto più scuro e i suoi colori sono invertiti. È semplicemente una “immagine speculare” dell’arco primario.
Gli arcobaleni si formano di fronte al Sole. Quindi, per vederne uno, dobbiamo volgergli le spalle e avere la pioggia di fronte. Gli arcobaleni si vedono con maggior frequenza in estate, dopo un temporale pomeridiano. Le piogge arrivano generalmente da est e il Sole di fine giornata che ha ormai raggiunto l’ovest può splendere attraverso la cortina di pioggia.
Gli arcobaleni esistono in molte forme e dimensioni.
“Più è alto il Sole nel cielo, più è difficile che la sua luce si pieghi abbastanza da produrre i colori di un arcobaleno“, spiega Hart. “Sono possibili solo arcobaleni molto piccoli. Ma se il sole è abbastanza basso nel cielo, maggiori sono le probabilità che si presenti un arcobaleno. Questi arcobaleni possono essere molto più grandi“.
Ecco perché se osserviamo un arcobaleno a mezzogiorno, è probabilmente appena sopra il terreno. Ma un arcobaleno al tramonto svetterà in alto nel cielo.
Anche i loro colori possono variare. Quando gli arcobaleni si formano all’alba o al tramonto, tendono ad essere quasi totalmente rossi. Il motivo: quando il Sole è molto basso all’orizzonte deve attraversare uno strato maggiore di atmosfera che filtra maggiormente le tonalità blu, verde, gialle e viola. Il risultato è un arcobaleno che splende quasi di un unico colore rosso-arancio infuocato.
Gli arcobaleni possono chiudersi in se stessi, se si sale su un aereo, una cima di una montagna o un punto in alto che offre una prospettiva verso il basso, non osserveremo l’arcobaleno come un arco ma come un cerchio completo.
I cugini spettrali degli arcobaleni
Spesso si osservano in alto nel cielo archi o cerchi bianchi pallidi e inquietanti, ma non sono arcobaleni fantasma. Questi archi si formano più o meno allo stesso modo degli arcobaleni. La nebbia è una nuvola di vapore acqueo vicino al suolo. Come le gocce di pioggia, anche l’acqua della nebbia può rifrangere la luce solare nelle sue tonalità assortite.
Tuttavia osservare questi fenomeni nella nebbia è una sfida, in quanto non tendono ad avere un “bordo” definito che permette al sole di splendere attraverso di essa (visto da terra). Quanto siano rari i fiocchi di nebbia “dipende considerevolmente da dove ti trovi sul pianeta“, afferma Les Cowley, fisico chimico e creatore del famoso sito web Atmospher Optics, specializzato nella scienza degli scorci insoliti nel cielo.
Oltre al luogo è importante anche il posizionamento del Sole. Deve essere dietro, con la nebbia davanti. Occorre inoltre sapere cosa cercare, dato che l’arco della nebbia è stranamente bianco. E questo ha a che fare con la dimensione delle goccioline d’acqua.
Le goccioline che formano la nebbia sono molto più piccole delle gocce di pioggia. Le singole goccioline in un banco di nebbia possono avere solo un decimo di millimetro di diametro, mentre il diametro di una goccia di pioggia può essere da 20 a 30 volte quella dimensione.
Le goccioline più piccole lasciano entrare meno luce. Ciò lancerà una banda di luce molto più sottile contro il cielo perché le gocce più piccole rifrangono meno. Poiché la luce non si separa in maniera ampia, tutti i colori si sovrappongono. Questo rende gli archi principalmente bianchi, perché il bianco è il miscuglio di tutti i colori. A volte, potrebbe esserci un pizzico di colore, un po’ di rosso ad esempio può svilupparsi all’esterno e il viola bluastro all’interno.
Di tanto in tanto, una nuvola a picco non sarà a livello del suolo, ma più in alto. Le sue goccioline saranno perciò un po’ più grandi di quelle della nebbia. Se un numero sufficiente di queste goccioline è racchiuso abbastanza densamente in un’area, anche queste possono formare un arco.
Arcobaleni nella notte
Un arcobaleno, in certe condizioni, può diventare visibile di notte. Tuttavia in assenza di Sole necessita di una fonte di luce alternativa che può essere la Luna piena. La fisica di questi archi lunari è la stessa degli arcobaleni. Utilizzano la Luna anziché il Sole come fonte luminosa.
Vanessa Alonso è una meteorologa che lavora alla WCBI-TV di Columbus. “Un arco lunare è come un arcobaleno notturno“, osserva. “Prodotto al chiaro di Luna“, la Alonso spiega che la Luna deve essere quasi completamente illuminata (almeno all’85 per cento) in modo da avere abbastanza luce per creare l’arco.
Altri tipi di archi possono formarsi senza pioggia. La fusione di grandine e nebbia può formare una sottile glassa ghiacciata o acquosa sui bordi di chicchi di grandine o fiocchi di neve. Di tanto in tanto, anche cosi può formarsi un arcobaleno.
Anche le spore di muffa possono creare prismi di luce e formare un arco. I venti possono modellare le spore come una grossa nuvola e la luce può disperdersi mentre la attraversa. Parte della luce diffusa può sovrapporsi per produrre una strana corona verde / arancione intorno al Sole.
