Tutto dipende dalla posizione del Sole e dal punto da cui osserviamo il fenomeno. Pochi sanno che, in alcune condizioni, è possibile vederne anche di circolari
Belli, misteriosi, suggestivi. La vista di un arcobaleno genera sempre stupore e meraviglia, e non a caso è presente in molte religioni e mitologie come elemento magico. Dal leprecauno con pentola piena d’oro della tradizione celtica, al ponte attraverso cui Buddha torna sulla terra, fino al simbolo di tregua dopo il diluvio universale nella Bibbia. La scienza ha studiato a fondo gli arcobaleni ed è giunta a spiegarne origini e cause. Vediamo di capire meglio cosa sono e come si formano.
Effetto ottico
L’arcobaleno non è un fenomeno atmosferico ma un effetto ottico causato da un fenomeno atmosferico. Il fenomeno atmosferico che lo genera è la presenza di gocce di acqua in sospensione aerea contemporanea alla presenza del Sole o di altre fonti luminose (anche la luna piena è sufficientemente luminosa da dare luogo ad arcobaleni, sebbene molto fiochi e spesso coi colori indistinguibili). Ma perché l’arcobaleno sia visibile serve un osservatore in un punto ben preciso tra il Sole e le gocce di acqua in sospensione, e serve che il Sole abbia un’angolazione precisa rispetto all’osservatore.
Punto di vista
L’occhio umano vede l’arcobaleno solo quando ha il sole basso sull’orizzonte (a un’angolazione pari o inferiore a 42 gradi) alle proprie spalle e pioggia o qualsiasi altra forma di acqua in sospensione di fronte a sé. In questa particolare situazione l’osservatore vede l'arcobaleno a un’angolazione che varia tra i 40 e i 42 gradi. Le gocce di acqua reagiscono tutte allo stesso modo alla luce del sole, che le attraversa.
Rifrazione, riflessione e dispersione
A cosa è dovuto l’effetto ottico per cui vediamo un arco colorato in mezzo al cielo? Il meccanismo è dovuto al modo in cui la luce del Sole attraversa le gocce. Entrando nella goccia la luce viene rifratta, viene cioè leggermente deviata scomponendosi nei diversi colori. La luce rifratta raggiunge l’estremità opposta della goccia, dove viene riflessa e rimbalza tornando verso l’altra estremità; qui subisce una seconda rifrazione che genera la dispersione luminosa che viene percepita dall’occhio umano come l’arcobaleno.
I colori
Per convenzione abbiamo imparato che i colori dell’arcobaleno sono sette: rosso, arancio, giallo, verde, blu, indaco e violetto. Il primo a elencarli fu Isaac Newton, che però inizialmente ne riconobbe solo cinque, omettendo l’arancio e l’indaco, aggiunti più tardi. Successivamente l’indaco è stato declassato a sfumatura di blu, quindi oggi è più preciso dire che i colori dell’arcobaleno sono sei. Di fatto il meccanismo di rifrazione-riflessione-rifrazione-dispersione avviene per tutta la gamma luminosa, sia quella percepibile (dal rosso al violetto) sia di quella che non riusciamo a percepire (infrarossi e ultravioletti).
Arcobaleni doppi
Molto spesso capita che l’arcobaleno si presenti ‘doppio’, e cioè a un arcobaleno principale molto visibile, si aggiunge un secondo arcobaleno, più in alto nel cielo che si presenta assai più sfumato del primo e coi colori invertiti (il rosso più vicino a terra e il viola verso il cielo). In questo caso il percorso compiuto dalla luce per attraversare la goccia di acqua prevede una riflessione in più, che proietta la luce scomposta in una seconda porzione di cielo, generalmente a un'inclinazione rispetto all'osservatore di 50 gradi sopra l’orizzonte. Molto più rari arcobaleni multipli, che cioè presentano sotto e sopra l'arcobaleno principale altri arcobaleni più fiochi.
Archi, semi-archi e cerchi
La maggior parte degli arcobaleni di cui siamo testimoni si presentano con forma di semiarco o di arco. In realtà tutti gli arcobaleni sarebbero circolari, ma la maggior parte della circonferenza rimane sotto la linea dell'orizzonte e quindi invisibile. È possibile però vedere un arcobaleno intero, e cioè circolare, nelle rare situazioni in cui il punto di vista dell’osservatore è sopraelevato rispetto alle gocce di acqua, come quando ci si trova sopra una cascata, o sulla vetta di una montagna o in aereo. In questi casi l’arcobaleno si presenta come un cerchio perfetto.
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