Arcobaleno: descrizione del fenomeno e curiosità

L’arcobaleno è un fenomeno metereologico che si può osservare quando la luce del sole incontra delle gocce d’acqua presenti nell’aria dopo un temporale o in prossimità di una cascata. Tutti gli arcobaleni sono porzioni di cerchio e l’occhio dell’osservatore è sempre opposto rispetto al centro del cerchio.

L’arcobaleno più brillante e comunemente osservato è il cosiddetto arco primario. Si forma dalla luce che attraversa le gocce andando incontro ad una serie di fenomeni fisici. Si presenta come fascio di archi concentrici di ciascuno dei sette colori fondamentali: rosso per l’arco più esterno, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto per l’arco più interno. In alcuni casi capita di osservare un secondo arcobaleno, in cui si ha l’inversione dell’ordine dei colori, con l’arco più interno di colore rosso e con quello più esterno viola.

The Aegean sea
The Aegean sea (1877), F. Edwin Church, Metropolitan Museum of Art

Il fenomeno dal punto di vista fisico

L’arcobaleno si osserva nella parte del cielo direttamente opposta al sole. I raggi luminosi che entrano nella singola goccia di pioggia subiscono fenomeni di riflessione e rifrazione: ogni lunghezza d’onda luminosa, percepita dall’occhio umano come un diverso colore, viene deviata di uno specifico angolo. Tutti i colori di cui è formata la luce solare bianca vengono quindi separati dopo essere usciti dalla goccia d’acqua dando luogo al fenomeno dell’arcobaleno. I confini tra un colore e l’altro non sono ben definiti e presentano nella realtà delle sfumature.

Ogni goccia d’acqua presente nell’aria dopo un temporale si comporta quindi come un prisma rispetto al fascio di luce incidente. Nel momento in cui la luce del sole interagisce con l’acqua avvengono tre fenomeni: la dispersione, la rifrazione e la riflessione. Con la dispersione la luce bianca si scompone nei sette colori mentre, rifrangendosi, il raggio devia di un certo angolo rispetto alla sua traiettoria originale. La gocce d’acqua si comportano inoltre come specchi concavi che rimandano immagini deformate, arcuate: questo fenomeno ottico è la riflessione.

fisica dell'arcobaleno
www.treccani.it

La porzione di arcobaleno che si forma nell’atmosfera dipende da diversi fattori tra i quali la posizione dell’osservatore, l’estensione delle goccioline d’acqua presenti nell’aria e l’altezza del sole rispetto all’orizzonte.

Curiosità relative al fenomeno

Nel 2015, alcuni scienziati del National Centre for Meteorological Research di Tolosa (Francia) hanno presentato una classificazione degli arcobaleni che ne prevede addirittura 12, categorizzati in base alle loro caratteristiche cromatiche. Degno di nota è il caso degli arcobaleni diffusi rossi: poiché al tramonto la luce del sole deve viaggiare più a lungo nell’atmosfera, durante il percorso vengono persi dei colori più freddi.

Nel corso degli anni abbiamo sempre visto e rappresentato l’arcobaleno come formato da strisce, in realtà la distribuzione del colore è continua. Invece, il nostro cervello tende a dividere lo spettro dell’arcobaleno in bande distinte. Il meccanismo  alla base di questo fenomeno rimane tuttavia sconosciuto ed è ancora oggetto di studio.

Gli arcobaleni hanno una durata diversa l’uno dall’altro. Quello osservato più a lungo è stato quello di Yangmingshan (Taipei) nel Novembre 2017, il pubblico ha potuto ammirare il fenomeno per ben 8 ore e 58 minuti. La durata e le caratteristiche di questo arcobaleno sono state studiate dalla Chinese Culture University, che si trova su una montagna a nord di Taipei.

L’arcobaleno nella storia della scienza

L’arcobaleno è il fenomeno naturale che più ha affascinato i popoli di tutto il mondo nel corso dei secoli. La storia dello studio dell’arcobaleno è molto antica. Aristotele è stato il primo a descrivere completamente il fenomeno ottico. Per il filosofo era un fenomeno a tre colori, del quale diede inoltre una descrizione dell’arco interno ed esterno. Scienziati e filosofi nel medioevo considerarono come unica e vera la descrizione data da Aristotele. Nel quattordicesimo secolo Teodorico di Freiberg ipotizzò che dietro l’arcobaleno vi fosse il fenomeno della rifrazione della luce solare.

Cartesio semplificò lo studio dell’arcobaleno riducendolo allo studio delle singole gocce d’acqua e del modo con cui esse interagiscono con la luce che le colpisce e poté avvalersi della formulazione matematica della legge della rifrazione esposta nel 1621 da W. Snell. Solamente Isaac Newton dimostrò, successivamente, la scomposizione della luce bianca nei colori dell’arcobaleno.

L’arcobaleno nell’arte

Artisti di fama internazionale, tra i quali Rubens, Hokusai, Monet, Seurat, and Kandinsky hanno rappresentato nel corso degli anni il fenomeno dell’arcobaleno. Questo assume un significato simbolico relativo al contesto dell’opera. Ad oggi, l’arcobaleno è uno dei soggetti preferiti dai fotografi che tendono ad utilizzare strumenti sempre più sofisticati.

Landscape with rainbow
Landscape with rainbow (1909), W. Kandinsky

Negli ultimi anni l’arcobaleno ha assunto significati diversi. La prima bandiera rappresentante la comunità LGBT (comunità di persone lesbiche, gay, bisessuali e transgender) è stata disegnata nel 1978 da G. Baker per un Gay Pride a San Francisco. In seguito si è diffusa una bandiera della pace che somiglia molto alla prima e la differenza sta nel numero dei colori: 7 nella bandiera della pace, 6 in quella LGBT.

Bibliografia

  • Maracchia, S. (2017). Matematica in Aristotele. Edizioni Nuova Cultura
  • Giudice, F. (2009). Lo spettro di Newton. La rivelazione della luce e dei colori. Donzelli Editori
Articoli correlati