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Vi sarà sicuramente capitato di notare come il colore del Sole cambi a seconda della sua posizione in cielo, passando dall'essere biancastro in pieno giorno, all'arancione intenso all'alba o al tramonto. Il motivo va ricercato in un fenomeno fisico chiamato diffusione di Rayleigh (o scattering di Rayleigh), un processo dovuto all'interazione della luce del Sole con le molecole della nostra atmosfera, che provoca una dispersione della componente blu della radiazione solare tanto maggiore quanto più il Sole appare basso sull'orizzonte, dando così origine al caratteristico colore arancione e rossastro che osserviamo durante un tramonto o un'alba.
Come mai il Sole cambia colore: la diffusione della luce in atmosfera
Il Sole emette luce su di un'ampia porzione dello spettro elettromagnetico, di cui però l'essere umano è in grado di vedere solo la componente ottica. Quando la componente ottica della luce solare entra in atmosfera inizia a interagire con le particelle in essa presenti, in particolare con gli elettroni debolmente legati agli atomi o alle molecole dell'atmosfera. L'interazione della radiazione elettromagnetica con questi elettroni prende il nome di diffusione o scattering di Rayleigh. Possiamo immaginare questo processo come una sorta di “collisione” tra la luce e gli elettroni che devia la radiazione elettromagnetica dal suo cammino.
L'intensità della diffusione della luce ad opera dello scattering Rayleigh dipende in maniera inversa rispetto alla lunghezza d'onda della luce stessa. In parole semplici: più piccola sarà la lunghezza d'onda, maggiore sarà l'effetto di diffusione. Dal momento che la luce blu ha una lunghezza d'onda inferiore a quella della luce rossa, la componente blu della luce solare subisce in maniera molto più marcata l'effetto dello scattering Rayleigh rispetto a quanto avviene per la componente rossa.
Questo influenza il colore percepito del Sole: ai nostri occhi infatti arriva solamente la luce “sopravvissuta” alla diffusione di Rayleigh, che avrà una componente rossa maggioritaria rispetto a quella blu.
Perché il Sole cambia colore all'alba o al tramonto
Tanta più atmosfera la luce si trova ad attraversare, tante più interazioni e quindi scattering Rayleigh avverranno. Di conseguenza, se il Sole si trova basso sull'orizzonte, il cammino della luce in atmosfera sarà molto lungo e avverranno talmente tanti scattering Rayleigh che la luce solare viene quasi del tutto privata della sua componente blu. Non solo, il lungo cammino in atmosfera causa anche una marcata diminuzione della componente giallastra della luce solare. Il risultato è che il Sole ci apparirà come un disco arancio/rossastro, poiché solo quella componente della luce solare è riuscita ad arrivare ai nostri occhi.
Ma cosa succede alla componente blu? Essa non sparisce magicamente, ma continua a subire diverse deviazioni in atmosfera poiché incontra altre molecole con cui interagire. Questa continua diffusione della luce blu in atmosfera è responsabile del colore azzurro del cielo.
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