Arcobaleno: origini e colori

L’arcobaleno è uno degli spettacoli naturali più affascinanti e misteriosi che possiamo osservare nel cielo. Questo arco di colori che appare dopo la pioggia ha incantato l’umanità per secoli, ispirando miti, leggende e anche opere artistiche. Ma come nasce veramente l’arcobaleno? In questo articolo esploreremo la scienza dietro questo fenomeno straordinario, scoprendo come la luce solare, interagendo con le gocce d’acqua nell’atmosfera, si trasforma in uno spettacolo di colori.

Cos’è un Arcobaleno?

Un arcobaleno è un fenomeno ottico che si forma quando la luce del sole attraversa gocce d’acqua sospese nell’atmosfera. Le gocce d’acqua agiscono come prismi naturali, separando la luce bianca nelle sue diverse lunghezze d’onda, creando così il caratteristico spettro di colori che vediamo nel cielo.

La fisica della luce: dispersione e rifrazione

L’arcobaleno è il risultato di due fenomeni fisici principali: la rifrazione e la dispersione. La luce solare, che è composta da una combinazione di tutte le lunghezze d’onda visibili, cambia direzione quando entra e attraversa una goccia d’acqua, a causa della differenza di densità tra l’aria e l’acqua.

La rifrazione avviene quando la luce entra nella goccia e cambia direzione, piegandosi verso il normale (la linea immaginaria perpendicolare alla superficie della goccia). All’interno della goccia, la luce si riflette sulle pareti interne e, infine, emerge, separata nei suoi componenti colorati grazie al processo di dispersione. Ogni colore viene deviato di una quantità diversa: i colori con lunghezze d’onda più corte (come il blu) vengono deviati di più rispetto ai colori con lunghezze d’onda più lunghe (come il rosso).

Il percorso della luce attraverso una goccia d’acqua

Immagina una goccia di acqua sospesa nell’aria come un piccolo prisma. Quando la luce solare entra nella goccia, viene deviata e rifratta. Successivamente, una riflessione interna fa sì che la luce venga nuovamente deviata prima di uscire dalla goccia. Ogni colore della luce segue un percorso leggermente diverso a causa della sua lunghezza d’onda. Questo processo crea una dispersione di colori, che forma l’arcobaleno che vediamo nel cielo.

Perché vediamo un arco e non un cerchio completo?

Anche se l’arcobaleno è, in realtà, un cerchio completo che circonda il punto direttamente opposto al sole, lo vediamo come un arco. Questo accade perché il suolo blocca la parte inferiore del cerchio. Se ci trovassimo in volo, ad esempio in un aereo, potremmo osservare l’arcobaleno in tutta la sua forma circolare. Per la maggior parte di noi, invece, l’arcobaleno appare come un semicerchio che si estende sopra l’orizzonte.

La posizione dell’arcobaleno e l’angolo di deviazione

L’angolo di deviazione della luce è fondamentale per determinare la posizione dell’arcobaleno nel cielo. La luce rossa viene deviata di circa 42 gradi rispetto alla direzione opposta al sole, mentre la luce blu è deviata di circa 40 gradi. Questi angoli fanno sì che il colore rosso si trovi all’esterno dell’arco, mentre il blu è visibile più vicino al centro.

I colori dell’arcobaleno

L’arcobaleno è noto per la sua sequenza di colori che va dal rosso al viola. Un acronimo utile per ricordare l’ordine dei colori nell’arcobaleno è “RAGVAIV,” che rappresenta rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto. Tuttavia, alcuni scienziati ritengono che l’indaco sia troppo simile al blu per essere distintivo, quindi la sequenza più comune è quella con sei colori.

• Rosso: Il rosso è il colore esterno dell’arcobaleno ed è associato alla lunghezza d’onda più lunga, che è di circa 650 nanometri. Questo colore è il primo a essere visibile nell’arcobaleno.
• Arancione: Subito dopo il rosso, troviamo l’arancione. La sua lunghezza d’onda è leggermente più corta, intorno ai 620-590 nanometri. L’arancione è il secondo colore nell’arcobaleno.
• Giallo: Il giallo è il terzo colore nell’arcobaleno, con una lunghezza d’onda di circa 590-570 nanometri. È notevole per la sua luminosità e chiarezza.
• Verde: Dopo il giallo, segue il verde, con una lunghezza d’onda di circa 570-495 nanometri. Questo colore è associato a una vasta gamma di sfumature verdi nell’arcobaleno.
• Blu: Il colore blu ha una lunghezza d’onda di circa 495-450 nanometri ed è noto per la sua posizione nell’arcobaleno.
• Indaco: Con una lunghezza d’onda di 450-425 nm, è un colore che alcuni ritengono troppo simile al blu per essere distintivo.
• Viola: Il colore viola conclude la sequenza dell’arcobaleno con una lunghezza d’onda di circa 450-400 nanometri. È il colore più vicino al centro dell’arcobaleno.

All’esterno dei colori dell’arcobaleno, c’è una sottile sovrapposizione di luce bianca, che rende l’interno dell’arcobaleno più luminoso rispetto all’esterno. Questa sovrapposizione è dovuta all’interferenza delle onde di luce, un processo noto come interferenza costruttiva. Questo effetto crea una zona di luce bianca appena al di sotto dei colori dell’arcobaleno.

Perché sette colori?

La divisione della luce in sette colori è stata proposta da Isaac Newton, che aveva una visione simbolica del numero sette. Durante il XVII secolo, il sette era considerato un numero perfetto e sacro, legato a concetti come i sette giorni della settimana e i sette pianeti noti all’epoca. Sebbene oggi sappiamo che la luce non è composta da sette colori distinti, Newton ha scelto questa divisione per semplificare il fenomeno.

Fattori che influenzano l’arcobaleno

Molti fattori possono influenzare la visibilità e l’aspetto di un arcobaleno, tra cui:

• Posizione del sole: Un arcobaleno è visibile solo quando il sole è basso nell’orizzonte, tipicamente al mattino o al tramonto.
• Dimensioni delle gocce d’acqua: Gocce più grandi creano arcobaleni più intensi e luminosi, mentre quelle più piccole possono dare arcobaleni più sbiaditi.
• Umidità nell’aria: L’arcobaleno è più probabile quando l’atmosfera è umida, come dopo la pioggia o vicino a cascate.
• Particelle nell’aria: La presenza di polvere o altre particelle può influire sull’aspetto e sulla nitidezza dell’arcobaleno.

Varietà di arcobaleni

L’arcobaleno che vediamo più comunemente è noto come il “primo ordine” o “primario” arcobaleno. Tuttavia, esistono anche altri tipi di arcobaleni, ciascuno con le sue caratteristiche uniche. Ecco alcune delle varietà più interessanti:

1. Arcobaleno doppio: In alcune circostanze, è possibile osservare un secondo arcobaleno esterno al primo. Questo arcobaleno doppio si forma quando la luce subisce due riflessioni interne totali all’interno delle gocce d’acqua anziché una sola. Il secondo arcobaleno è più debole e i colori sono invertiti rispetto all’arcobaleno primario.
2. Arcobaleno lunare: Se la luna è abbastanza luminosa e ci sono gocce d’acqua nell’atmosfera, è possibile osservare un arcobaleno notturno. L’arcobaleno lunare è meno comune ma altrettanto affascinante.
3. Arcobaleno supernumerario: Questo è un fenomeno raro in cui sono visibili strisce sottili e colorate all’interno dell’arcobaleno principale. Questo effetto si verifica a causa dell’interferenza delle onde di luce e crea un’immagine quasi spettrale.
4. Arcobaleno rosso: Durante il tramonto, l’arcobaleno può apparire prevalentemente rosso. Questo è dovuto al fatto che durante l’alba o il tramonto, la luce del sole deve attraversare uno strato atmosferico più spesso, il che fa sì che i colori con lunghezze d’onda più lunghe, come il rosso, siano meno dispersi rispetto ai colori più corti, come il blu. Di conseguenza, l’arcobaleno può apparire con tonalità rosse predominanti.
5. Arcobaleno riflesso: Quando l’arcobaleno si riflette su una superficie d’acqua, come un lago o un fiume, si forma un arcobaleno riflesso. Questo fenomeno può creare un effetto straordinario, con un arcobaleno che sembra emergere dall’acqua.

Miti e leggende sugli arcobaleni

Gli arcobaleni hanno affascinato l’umanità per secoli ed hanno ispirato miti e leggende in tutto il mondo. Ad esempio, nella mitologia norrena, esiste un arcobaleno chiamato “Bifrost” che funge da ponte tra la Terra e il regno degli dei, noto come Asgard. Nelle antiche credenze del Giappone e del Gabon, si dice che gli arcobaleni siano i ponti che le antiche divinità attraversavano per scendere sulla Terra.

In molte culture, è associato a messaggi positivi. Nell’Epopea di Gilgamesh e nella Bibbia cristiana, è visto come un segno divino della promessa di non distruggere mai più la Terra con un diluvio.

Tuttavia, in alcune parti del mondo, gli arcobaleni sono visti in modo negativo. Ad esempio, in alcune tribù dell’Amazzonia, gli arcobaleni sono associati alle malattie. In Birmania, si crede che gli arcobaleni siano demoni che minacciano i bambini.

Un mito molto conosciuto riguardo agli arcobaleni è quello irlandese del “vaso d’oro alla fine dell’arcobaleno”. La leggenda narra di un folletto, il leprechaun, che nasconde un vaso d’oro alla fine dell’arcobaleno. Ma poiché gli arcobaleni sono cerchi completi che si formano a seconda del punto di osservazione, nessuno riesce mai a raggiungere la fine dell’arcobaleno per trovare il tesoro.

Conclusioni

Gli arcobaleni sono una delle manifestazioni più affascinanti della fisica ottica nella natura. La loro formazione è il risultato di un processo complesso che coinvolge la dispersione della luce e la rifrazione attraverso piccole gocce d’acqua sospese nell’atmosfera.

La prossima volta che vedrete un arcobaleno nel cielo dopo una pioggia, potrete apprezzare non solo la sua bellezza visiva, ma anche la scienza che si cela dietro questo spettacolo naturale. Gli arcobaleni ci ricordano che la natura è un laboratorio incredibile in cui la luce, l’acqua e la fisica si combinano per creare meraviglie che catturano l’immaginazione di tutti noi.