I fenomeni atmosferici più incredibili (e la loro spiegazione) – parte 1

Inizia una carrellata tra le meraviglie dell’atmosfera. No, niente elogi melensi della poesia delle stelle o della dolcezza dei tramonti in quanto tali: ne parliamo dal punto di vista scientifico. Perché anche chi frequenta un laboratorio è – di tanto in tanto – sensibile.

La luce

La luce del Sole è tutt’altro che gialla, ma è fatta di molteplici colori. Se noi infatti facciamo passare la luce solare in un prisma (è il famoso “esperimento di Newton”) abbiamo la separazione delle varie componenti della luce in vari colori, uno spettro che va dal blu al rosso. Molti dei fenomeni di cui andremo a parlare sono dovuti proprio al fatto che questi colori, in realtà, non sono altro che onde elettromagnetiche di diversa frequenza. Ed è proprio questo fatto, il fatto di avere frequenza diversa tra di loro che rende possibile dei fenomeni straordinari o sconvolge alcune nostre certezze più radicali.

Per esempio, lo sapevate che il sole è verde?

spettro-del-sole

Quello che vediamo è lo spettro del sole, l’analisi cioè della lunghezza delle onde emesse dalla nostra stella. Il sole emette maggiormente nel verde e nel giallo: il fatto che non vediamo il Sole verde è dovuto soltanto al fatto che i nostri occhi sono più sensibili alla luce gialla rispetto che a quella verde.

Il colore del cielo

Ora sappiamo che il Sole è verde, e dunque non abbiamo più certezze. O forse sì: una tra le prime domande che facciamo da piccoli è la ragione per cui il cielo sia blu, e difficilmente riceviamo una risposta.

Ebbene: la spiegazione del fatto che il cielo sia blu non è affatto scontata. Responsabile è una legge fisica che prende il nome di “diffusione di Rayleigh”: secondo questa legge, il blu viene maggiormente diffuso nell’atmosfera rispetto agli altri colori, dando la colorazione blu del cielo.

I colori del tramonto

Il tramonto, ne parlavamo all’inizio, è tradizionalmente il momento più romantico della giornata: il cielo inizia a colorarsi di rosso acceso, il Sole si infila dietro una montagna o, ancora meglio, in mare e decine e decine di pischelli mettono in atto – in quel preciso istante – tutte le loro macchinazioni per arrivare al dunque con le rispettive avvenenti figliole.

Ma cos’è che tinge il cielo con quei colori accesi? Ebbene, la fisica è esattamente la stessa del cielo blu – la diffusione di Rayleigh. Solo che, quando il Sole scende all’orizzonte, la luce del nostro astro deve attraversare uno spessore maggiore di atmosfera rispetto a quando è alto nel cielo: in questo caso ad essere diffuso non sarà solo il blu, ma anche il giallo e il verde. In pratica, nei dintorni della nostra stella gli unici colori che resteranno sono l’arancione e il rosso. Sono loro a dare la colorazione tipica del tramonto.

tramonto1

Il raggio verde (Joule’s Last Glimpse)

Il raggio verde è un fenomeno di straordinaria bellezza, direttamente collegato al tramonto. È infatti un fenomeno ottico che dura normalmente 1-2 secondi ed è possibile vederlo nel momento esatto in cui il Sole sparisce all’orizzonte (tramonto) oppure nel momento in cui compare (alba). La durata e la visibilità del fenomeno dipendono fortemente dalle condizioni atmosferiche.

Il fenomeno venne descritto e spiegato dai fisici britannici Joule e Kelvin alla fine dell’800. Questo fenomeno avviene quando l’aria alla superficie è più calda dello strato superiore: una condizione del genere la si trova normalmente sopra il mare o l’oceano perché il mare è più caldo dell’aria verso il tramonto ed il Sole non riesce a riscaldare più efficientemente l’atmosfera.

La spiegazione fisica è abbastanza complicata ed è un insieme di 4 fattori: la rifrazione atmosferica, la dispersione, la diffusione di Rayleigh e l’assorbimento selettivo.

big green flash

L’arcobaleno

L’arcobaleno è un fenomeno facilmente osservabile dopo un temporale, oppure guardando attentamente nella parte terminale di una cascata, dove l’acqua scendendo dal dirupo crea delle microscopiche goccioline, come se fossero una nebbiolina. Il fenomeno fisico associato all’arcobaleno è la rifrazione: quando un raggio di luce passa dall’atmosfera ad un altro mezzo, che può essere l’acqua come il vetro o qualsiasi altro mezzo trasparente, si ha il cambiamento dell’angolo del raggio (legge di Snell).

arcobaleno grafico La legge di Snell

Questo è anche il motivo per cui se vediamo un bastone immerso nell’acqua sotto un certo angolo sembra essere spezzato. L’acqua ha anche un’altra proprietà: l’angolo è diverso per i diversi colori.

Quindi se noi consideriamo una singola gocciolina d’acqua, abbiamo la formazione dell’arcobaleno poiché la luce entra nella gocciolina, la luce viene rifratta e i vari colori vengono separati (con un angolo molto piccolo), riflessi dalla parete opposta e quindi abbiamo una nuova rifrazione che separa ulteriormente le varie componenti.

Ovviamente vedendolo in figura diventa subito chiaro il fenomeno.

Rainbow1

E il risultato è straordinario. Facendo qualche calcolo gli scienziati hanno scoperto che gli arcobaleni sono visibili ad un angolo di 40°-42° tra la testa dell’osservatore e la sua ombra. A circa 50°-53° può avvenire un secondo evento, molto più raro: il doppio arcobaleno, che è frutto in questo caso di una doppia riflessione all’interno della goccia.

Nella prossima puntata parleremo di nubi nottilucenti, di aurore boreali e di tanto altro ancora.

Alessandro Sabatino

@twitTagli

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