8 Febbraio 2024
12:30

Cosa sono gli aloni luminosi che a volte si vedono attorno al Sole o alla Luna?

Gli aloni lunari e solari sono fenomeni ottici dovuti alla rifrazione della luce solare da parte di microscopici cristalli di ghiaccio nell’atmosfera. Quelli più comuni sono gli aloni a forma di 22°, ma ci sono anche quelli quelli di 46°.

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Cosa sono gli aloni luminosi che a volte si vedono attorno al Sole o alla Luna?
aloni solari
Credits: Forest Service, USDA, via Wikimedia Commons.

Gli aloni solari e lunari sono fenomeni ottici che avvengono nella nostra atmosfera per effetto di minuscoli cristalli di ghiaccio esagonali sospesi sospesi nell'aria, che rifrangono la luce del Sole o della Luna (ma talvolta anche sorgenti artificiali come lampioni e luci stradali). Si manifestano come bande luminose simili ad arcobaleni che circondano al Sole o alla Luna. I cristalli di ghiaccio si formano tipicamente a 5-10 km di quota all'interno di nuvole come i cirri o cirrostrati. Per questo motivo si vedono preferibilmente alle alte latitudini e nelle stagioni fredde.

Anche l'arcobaleno si forma per un fenomeno simile, ma in quel caso è dovuto a piccolissime goccioline d'acqua sospese nell'atmosfera e si può formale solo ed esclusivamente in direzione opposta a quella del Sole.

Come si formano gli aloni solari e lunari

Tra questi effetti, i più comuni sono gli aloni circolari intono al Sole o alla Luna: si riconoscono per un'ampiezza fissa pari a 22° rispetto alla posizione dell'oggetto luminoso che li genera, e per questo sono anche detti aloni di 22°. Esistono anche aloni di 46°, ma sono molto meno comuni e più flebili rispetto ai primi. Quando sono particolarmente intensi, gli aloni circolari possono avere un leggera tinta rossastra verso la parte più  interna dell'anello, e una leggera tinta azzurra verso la parte più esterna, in maniera simile all'arcobaleno ma con l'ordine dei colori opposto.

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Un alone circolare di 22 gradi intorno al Sole fotografato a Huye in Ruanda nel febbraio 2020. By Agnez Bewer (CC BY–SA 4.0) via Wikimedia Commons.

Questi aloni si formano quando la luce viene rifratta attraverso minuscoli cristalli di ghiaccio sospesi nell'atmosfera: nel caso degli aloni di 22°, l'ipotesi più probabile è che si tratti di microscopici cristalli di ghiaccio a forma di prisma con una base esagonale, che si orientano in maniera casuale nell'atmosfera tra la sorgente luminosa e l'osservatore. All'interno di questi cristalli, i raggi di luce vengono rifratti (cioè “piegati”) due volte, uscendo con una direzione inclinata per l'appunto di circa 22° rispetto alla direzione di entrata.

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Schema della doppia rifrazione della luce all’interno dei cristalli di ghiaccio esagonali. La luce viene "piegata" due volte (una all’ingresso del cristallo e una all’uscita): il risultato è un angolo di 22° rispetto alla direzione originale. Credits: Hannes Grobe, Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, CC BY–SA 2.5, via Wikimedia Commons.

Quello che vediamo, quindi, sono tutti i raggi di luce che vengono rifratti nella nostra direzione, che per ragioni geometriche formano un cerchio attorno al Sole o alla Luna. Poiché le componenti luminose di colore diverso vengono rifratte con angoli leggermente diversi (il blu viene “piegato” un po' più del rosso), gli aloni solari e lunari ci appaiono “scomposti” nei vari colori dell'iride, un po' come avviene nel caso dell'arcobaleno.

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Schema del fenomeno di rifrazione nei cristalli di ghiaccio esagonali che danno origine al fenomeno dell’alone circolare a 22°. I cristalli "piegano" la luce che proviene dal Sole o dalla Luna secondo un determinato angolo e la concentrano lungo la linea di vista dell’osservatore. Credits: Dave3457 via Wikimedia Commons.

La differenza tra gli aloni circolari e le corone circolari

Gli aloni non devono essere confusi con le corone circolari, altri fenomeni ottici atmosferici circolari che si formano intorno agli oggetti brillanti che li generano: questi però sono generati per effetto della diffrazione (un fenomeno diverso dalla rifrazione) della luce su cristalli di ghiaccio di dimensioni minori. Per riconoscerli, si può notare che nelle corone la separazione dei colori è opposta, con la parte interna tinta leggermente di azzurro e quella esterna che si tinge leggermente di rosso-bruno; inoltre, negli aloni il disco che si trova all'interno del cerchio è leggermente più scuro rispetto al resto, mentre nelle corone è leggermente più luminoso, e viene chiamato aureola.

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Corona circolare intorno alla Luna, fotografata a Nottingham nel dicembre 2020. Credits: Darry Buffin (CC BY–SA 4.0) via Wikimedia Commons.

Altri fenomeni ottici atmosferici

Oltre ai già citati aloni di 46°, nell'atmosfera è possibile osservare una vasta serie di fenomeni ottici, dovuti come abbiamo detto alla presenza nell'atmosfera di microscopici cristalli di ghiaccio.

Il più comune fenomeno ottico solare è il cosiddetto "parelio" (o "paraselenio" nel caso sia lunare), detto anche con un calco dall'inglese "cane solare" (sundog): appaiono come macchie di luce nel cielo, ad un distanza dal Sole pari o maggiore di quella dell'alone di 22 gradi; a volte si manifesta un singolo parelio affiancato ad una certa distanza dal Sole, altre volte invece è possibile osservarne due, simmetrici rispetto alla posizione del Sole. Anche i pareli, come l'alone, possono assumere una leggera tinta rossastra nella parte rivolta verso il Sole, e una tinta azzurra in quella più lontana. Anche i paraseleni hanno le stesse caratteristiche, ma essendo meno luminosi è più difficile osservare la separazione dei colori.

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Combinazione di diversi fenomeni ottici atmosferici dovuti ai cristalli di ghiaccio sospesi nell’atmosfera. Si possono riconoscere, oltre al Sole come elemento più brillante dell’immagine: l’alone circolare di 22 gradi (intorno al Sole), due pareli (ai lati del Sole), un arco tangente superiore (sopra l’alone circolare), un arco parelico (che attraversa il Sole e i due pareli), un arco di 46 gradi (sulla destra). La foto è stata scattata a Les Ménuires (2200 metres), sulle Alpi franccesi, nel gennaio 2015. Credits: Gabor Szilasi (CC BY–SA 4.0) via Wikimedia Commons.

Altri fenomeni ottici atmosferici dovuti alla presenza di piccoli cristalli di ghiaccio sono un'ampia gamma di archi che si allungano in varie direzioni intorno all'oggetto brillante da cui vengono generati: archi parelici, archi tangenti, archi circumorizzontali, archi circumzenitali, archi infralaterali, archi sovralaterali, archi di Perry, archi di Lowitz, e altri ancora più rari. Tutti questi fenomeni sono generati dalla rifrazione della luce che passa attraverso i cristalli di ghiaccio, a seconda dell'altezza della sorgente di luce, della forma e della grandezza dei cristalli, e dell'inclinazione di questi rispetto alla direzione da cui proviene la luce. Ma i fenomeni ottici che si possono osservare nella nostra atmosfera sono ancora molti altri, come le nubi iridescenti, quelle nottilucen, lo spettro di Brocken e molti altri.

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Fenomeni ottici atmosferici e i tipi di cristalli di ghiaccio e le inclinazioni che generano i vari tipi di alone, cerchi, e archi. Credis: IgniX (CC BY–SA 3.0) via Wikimedia Commons.
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