Fenomeni ottici naturali: arcobaleni lunghi, Halo Solari e Miraggi

I fenomeni ottici naturali sono spettacoli visivi straordinari generati dall'interazione della luce con elementi naturali presenti nell'atmosfera, nell'acqua o in altri ambienti naturali. Altri fenomeni, come i colori generati da un prisma, sono aspetti interessanti dell'ottica. È lo stesso occhio umano a generarne alcuni. Un fenomeno frequente è l'arcobaleno, che si forma quando la luce del sole è riflessa dalle gocce d'acqua della pioggia. Altri, come il raggio verde, sono rari o, come la fata morgana, sono comuni solo in alcuni luoghi. Diverso è il caso delle illusioni ottiche, che si possono spiegare come interpretazioni errate di fenomeni inusuali. Vediamo, di seguito, alcuni esempi di fenomeni ottici naturali.

Fenomeni, l'arcobaleno

Un arcobaleno è uno spettacolo ottico che si verifica quando la luce solare è rifratta, riflessa e dispersa nelle gocce d'acqua sospese nell'atmosfera. Ciò crea un cerchio di colori visibili, con il rosso all'esterno e il violetto all'interno. In fisica dell'atmosfera e meteorologia, l'arcobaleno è un fenomeno ottico atmosferico che produce uno spettro quasi continuo di luce nel cielo quando la luce del Sole attraversa le gocce d'acqua rimaste in sospensione dopo un temporale, o presso una cascata o una fontana. Lo spettro elettromagnetico dell'arcobaleno include lunghezze d'onda sia visibili che non visibili all'occhio umano. Queste ultime sono rilevabili attraverso uno spettrometro.

L'arcobaleno più spettacolare si può vedere quando metà del cielo è ancora scuro per le nuvole di pioggia. In un contesto del genere l'osservatore si trova in un punto con il cielo pulito sopra. L'effetto dell'arcobaleno è anche comune vicino alle cascate o alle fontane. A volte si possono vedere frange di arcobaleno ai bordi delle nuvole illuminate da dietro e come bande verticali nella pioggia distante. L'effetto si può anche creare artificialmente disperdendo goccioline di acqua nell'aria durante un giorno soleggiato, ad esempio utilizzando uno spruzzino da giardino, a condizione che le gocce d'acqua siano in gran numero e molto fini.

Halo Lunare

Gli anelli luminosi intorno al sole o alla luna sono causati dalla rifrazione della luce attraverso cristalli di ghiaccio nell'atmosfera. Gli halos sono fenomeni che possono assumere diverse forme, come cerchi completi o archi parziali. Gli halos lunari, in particolare, sono cerchi luminosi intorno alla Luna causati dalla rifrazione della luce attraverso cristalli di ghiaccio sospesi nell’atmosfera. Questi fenomeni possono essere completi o parziali, creando un’atmosfera magica nella notte. L’alone lunare può nascere anche in giornate di cielo sereno, ma di solito, quando si verifica, annuncia un peggioramento delle condizioni meteo ed è accompagnato da nuvolosità. Esso si forma infatti con temperature molto basse, tali da far ghiacciare le particelle d’acqua sospese.

Halo Solare

Agli halos lunari seguono generalmente il freddo, la pioggia, la grandine, il ghiaccio, il vento e la neve. Nella cultura popolare gli aloni sono stati spesso legati a spiriti, demoni, pestilenze, guerre, catastrofi. Anticamente i precursori dell’odierna meteorologia prevedevano il tempo proprio attraverso questi aloni. Gli aloni sono fenomeni che possono verificarsi anche intorno al Sole, non solo intorno alla Luna. Proprio come gli arcobaleni. Nel caso degli aloni solari, essi offrono fenomeni più peculiari insieme all’alone di 22 gradi. Un fenomeno particolare sono i sundogs. Si tratta di due caratteristiche luminose a sinistra e a destra del Sole sull’alone. Visibili in qualsiasi parte del mondo e in qualunque momento, ma non si possono più vedere quando il sole è basso all’orizzonte.

Fenomeni: i miraggi

I miraggi sono illusioni ottiche dovute alla rifrazione della luce attraverso strati di aria con differenti temperature. Questi fenomeni naturali possono far apparire oggetti lontani più vicini o creare immagini riflesse, come il classico miraggio di una pozza d'acqua in mezzo al deserto. O miraggi più spettacolari sono quelli superiori: a produrli è un'inversione di temperatura all'altezza degli occhi dell'osservatore. In questo caso l'immagine appare riflessa superiormente.

Le (false) oasi nel deserto

È possibile vedere oasi che in realtà si trovano oltre l'orizzonte, così come navi capovolte in lontananza. In questo caso gli strati d'aria a contatto col suolo devono essere molto più freddi di quelli al di sopra degli occhi dell'osservatore. Se ciò si verifica si ha una riflessione totale dovuta alla rifrazione dei raggi degli oggetti distanti che, passando da un mezzo di trasmissione freddo (maggiore indice di rifrazione) a uno più caldo (minore indice di rifrazione) possono soddisfare la condizione di riflessione totale. L'osservatore a questo punto può vedere riflessi in cielo oggetti molto lontani o addirittura ancora al di là della linea dell'orizzonte.

Aurora Boreale

Questi fenomeni luminosi si verificano vicino ai poli e sono causati dall'interazione delle particelle cariche del vento solare con l'atmosfera terrestre. Creano spettacolari giochi di luce colorata nel cielo notturno. Le aurore boreali si verificano nelle regioni polari settentrionali. A causa della geometria del campo magnetico terrestre, le aurore sono visibili in due ristrette fasce attorno ai poli magnetici della Terra, dette ovali aurorali. Le aurore visibili a occhio nudo sono prodotte dagli elettroni, mentre quelle di protoni possono essere osservate solo con l’aiuto di particolari strumenti, sia da terra sia dallo spazio. Spesso l’aurora polare è visibile anche in zone meno vicine ai poli, come la Scozia, o molte zone della penisola scandinava.

Aurora Australis

Non mancano le aurore australi che si manifestano, come indica il nome, nelle regioni polari meridionali. Questi fenomeni luminosi sono causati dall’interazione delle particelle cariche del vento solare con la magnetosfera terrestre e creano un balletto di colori verde, rosa, viola e blu nel cielo notturno. A volte, durante l’apparizione di un’aurora, si possono udire suoni che somigliano a sibili. Si tratta di suoni elettrofonici, un fenomeno che si può manifestare, sebbene molto più di rado, anche durante l’apparizione di bolidi, ovvero dei meteoriti. L’origine di questi suoni non è ancora chiara: si ritiene che essi siano dovuti a perturbazioni locali del campo magnetico terrestre.

Fata Morgana

Appartengono al genere della cosiddetta Fata Morgana i fenomeni ottici che riguardano un tipo particolare di miraggio. Si tratta cioè di miraggi che creano immagini distorte e allungate di oggetti sulla superficie terrestre, spesso visibili sopra l'orizzonte. Il fenomeno è conosciuto anche all'estero con il nome italiano perché si tratta di un effetto frequentemente osservato nello Stretto di Messina e tramandato fin dall'epoca dei Normanni. Esso fa riferimento al mito della fata Morgana, che induceva nei marinai visioni di fantastici castelli in aria o in terra per attirarli e quindi condurli a morte.

Questi fenomeni si possono osservare a terra o in mare, nelle regioni polari o nei deserti, e distorcono così tanto l'oggetto (o gli oggetti) su cui agisce il miraggio, da renderli insoliti e irriconoscibili. Fata Morgana può riguardare qualsiasi tipo di oggetti distanti: isole, coste o barche. Il soggetto è mostrato in evoluzione, in posizioni diverse da quelle originarie, in una visione che può passare senza soluzione di continuità dalla compressione all'allungamento. Il fenomeno si verifica in diversi luoghi nel mondo. Ha ispirato numerose opere poetiche. Ha inoltre avuto ampia diffusione l'opinione che il miraggio sia anche la causa di alcuni casi di avvistamenti Ufo.

Parelio (sole falso)

Questa tipologia di fenomeni si verifica quando appaiono 'soluzioni' extra al di fuori del sole. Ovvero causate dalla rifrazione della luce attraverso cristalli di ghiaccio nell'atmosfera. Solitamente i pareli appaiono come corti archi alla stessa altezza del Sole, perché i cristalli di ghiaccio si allineano di preferenza in direzione approssimativamente orizzontale, secondo effetti di trascinamento aerodinamico. Nonostante siano fenomeni piuttosto comuni, i pareli sfuggono spesso alla vista perché per essere osservati è necessario guardare esattamente in direzione del Sole e, se il cielo non è in condizioni ideali, appaiono spesso di debole intensità.

Fenomeni ottici, la Gloria

Un cerchio luminoso colorato che appare attorno all'ombra di un osservatore su una superficie nuvolosa, causato dalla diffrazione della luce. Si tratta di fenomeni meravigliosi da ammirare.
La spiegazione della formazione della "gloria" è alquanto complessa. Per molto tempo il fenomeno non è stato compreso appieno. Semplificando possiamo dire che la luce incidente proveniente dal Sole è riflessa e rifratta in tutte le direzioni dalle goccioline di nebbia e una parte della luce ritorna verso gli occhi dell’osservatore.

Le onde riflesse e quelle rifratte interagiscono fra di loro rafforzando in certe direzioni una colorazione piuttosto che l’altra. Attorno all’ombra dell’osservatore il contrasto viene accentuato e queste colorazioni risaltano maggiormente. Per una spiegazione dettagliata è necessario ricorrere i fenomeni fisici tipici delle onde, denominati interferenza, diffrazione, scattering di Mie. Osservare e comprendere i fenomeni ottici naturali può offrire una prospettiva unica sulla bellezza e sulla complessità della natura, così come sulla fisica della luce e dell'atmosfera.