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L'arcobaleno è un curioso e affascinante fenomeno ottico atmosferico a forma di arco caratterizzato da 7 fasce colorate che si stagliano nel cielo. Conosciuto sin dall'antichità, il suo nome deriva dal latino arcus pluvius che significa letteralmente "arco piovoso", un termine che racchiude in sé la sua relazione con la pioggia. In realtà l'arcobaleno non si forma solamente dopo i temporali… diciamo piuttosto che devono esserci una serie di condizioni che ne permettano la formazione. Curiosi di sapere quali sono? Vi spiegheremo come si forma l'arcobaleno, perché è composto da quei colori e perché è un arco.

L'origine dell'arcobaleno

Nell'ambito della fisica dell'atmosfera e della meteorologia l'arcobaleno si forma quando i raggi solari di luce bianca incontrano le goccioline d'acqua sospese in aria. Queste causano la deviazione della luce per i fenomeni di rifrazione e riflessione.
Questo avviene perché la luce bianca (formata dall'insieme di tutti i colori visibili) viene scomposta nelle sue componenti colorate non appena incontra le singole gocce. La luce bianca viene infatti rifratta (cioè "deviata"), riflessa all'interno della goccia e poi nuovamente rifratta, come avverrebbe all'interno di uno specchio concavo (vedi immagine).
Le singole componenti della luce (le diverse lunghezze d'onda) vengono quindi separate, permettendoci di vedere l'intero intervallo di colori che arriva ai nostri occhi.
Le gocce si comportano come un prisma! A proposito, avete presente The Dark Side of the Moon, l'album dei Pink Floyd? Ecco, il meccanismo di scomposizione della luce è sostanzialmente lo stesso!

arcobaleno goccia
in foto: Rifrazione e riflessione della luce in una goccia di pioggia. La luce bianca si separa nelle diverse lunghezze d’onda e, lasciando la goccia di pioggia, producono l’ arcobaleno (Credit: KES47, Wikipedia).

Gli ingredienti per un perfetto arcobaleno

Per dirla in poche parole, gli "ingredienti" o meglio le condizioni per un perfetto arcobaleno sono:

  • Goccioline d'acqua nebulizzate nell'aria;
  • Il Sole sopra l'orizzonte, meglio ancora se a meno di 42° rispetto ad esso;
  • Posizionarci in piedi tra le goccioline d'acqua e il Sole, che deve trovarsi alle nostre spalle.

Se si verificano queste condizioni, avremo davanti a noi uno splendido arcobaleno! È possibile notarlo ogni qual volta si formano delle minuscole gocce d'acqua nebulizzate, quindi a seguito di piogge o temporali, ma anche in prossimità di cascatespruzzi d'acqua o quando si innaffia il giardino. Ci avete fatto caso?
Se poi la luce solare viene riflessa due volte all'interno di una goccia di pioggia quello che otteniamo è un doppio arcobaleno. Questo si dispone a circa 10 gradi sopra l'arcobaleno primario ed è in genere più spesso e cupo del primo, con i colori invertiti (viola, indaco, blu, verde, giallo, arancio, rosso). È più comune la sera o il tardo pomeriggio quando il Sole è basso nel cielo.

I colori dell'arcobaleno

L'arcobaleno non è formato da "strisce" come spesso viene rappresentato, quanto piuttosto da una banda continua di colori che si fondono l'uno nell'altro. Lo spettro elettromagnetico, infatti, comprende tutti i colori del visibile "sfumati" tra loro.
Se vediamo l'arcobaleno a "strisce" è perché il nostro cervello tende a dividere lo spettro in intervalli cromatici più o meno uniformi.
Secondo questa visione le bande e quindi i colori che compongono l'arcobaleno sono 7: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto.
L'ordine dei colori non è mai invertito e, per il modo in cui la luce viene rifratta, avremo sempre il rosso nella porzione esterna dell'arcobaleno e il viola nella sua porzione interna.

spettro luce binca

In realtà la scelta nel numero dei colori potrebbe essere una questione culturale o semantica. In passato, infatti, i colori venivano definiti diversamente da come facciamo oggi! Giusto per fare un esempio, nella sua opera Meteorologia il filosofo greco Aristotele descrisse l'arcobaleno come formato da soli 3 colori (rosso, verde e blu), mentre nel Rinascimento si racconta fossero 4 (rosso, giallo, verde e blu). Isaac Newton ne descrisse all'inizio 5 (rosso, giallo, verde, blu e violetto), poi 7. La scelta di dividere l'arcobaleno in 7 colori potrebbe derivare dalla musica, associando le bande cromatiche alle note musicali (do, re, mi, fa, sol, la, si).
Essendo uno spettro di colori, nulla vieta di vedercene 3, 4, 5, 7 o più!

Perché ha la forma di un arco?

La forma arcuata dell'arcobaleno è dovuta alla riflessione della luce attraverso le gocce d'acqua che avviene secondo un angolo fisso di 40-42°. In pratica, quello che si forma è un cono di luce colorata, dove noi siamo al suo vertice.
La curvatura richiama quindi la forma interna della goccia che, come uno specchio, "spara" la luce in tutte le direzioni. Un arcobaleno è infatti un cerchio, ma non possiamo vederne la forma completa perché l'orizzonte taglia la sua metà inferiore. Tuttavia, se volassimo abbastanza in alto e in assenza di disturbi atmosferici, saremmo in grado di vedere un arcobaleno completo!
La curvatura è poi funzione della luce solare: più alto è il Sole nel cielo, meno flesso sarà l'arcobaleno sopra l'orizzonte.

formazione arcobaleno
in foto: Credit: NOAA

Bibliografia
Formazione dell'arcobaleno – National Weather Service
Cosa causa l'arcobaleno? – NOAA
Understand the science of appearance of different colors of the rainbow – Britannica

Articolo a cura di
Nicole Pillepich