Cosa sono gli arcobaleni?

Sole basso e gocce d’acqua

Un arcobaleno può formarsi solo nelle seguenti condizioni:

1. Il sole deve essere sopra l’orizzonte e non essere oscurato da nuvole, montagne o altri ostacoli.
2. Il sole deve essere abbastanza basso nel cielo. Se sei alla stessa altezza del tuo orizzonte, l’altitudine del Sole deve essere inferiore a 42° per creare un arcobaleno che può essere visto dalla tua prospettiva. Tabella dell’altitudine solare
3. L’aria di fronte al Sole, vista dalla tua posizione, deve essere piena di un gran numero di goccioline d’acqua.

Gli arcobaleni appaiono sempre nel cielo di fronte al Sole. Quindi, se sei di spalle al sole, l’arcobaleno si inarca nel cielo di fronte a te.

Gli arcobaleni possono apparire anche di notte

Come si formano gli arcobaleni?

Un arcobaleno è un fenomeno ottico che coinvolge tre processi: riflessione, dispersione e rifrazione.

Riflessione

Le gocce d’acqua possono agire come piccoli specchi. Quando un raggio di luce solare colpisce una di queste piccole sfere d’acqua, la maggior parte della luce rimbalza sulla sua parete posteriore e viene riflessa indietro. Durante una pioggia, l’aria è piena di goccioline d’acqua che agiscono insieme come una tenda riflettente fatta di milioni di minuscoli specchi che proiettano la luce del sole indietro.

Dispersione

Ma la luce del sole è bianca, quindi, se le gocce d’acqua riflettono la luce del sole, come fa l’arcobaleno ad avere i suoi colori? È qui che entra in gioco il secondo processo: la dispersione della luce.

La luce del sole pura ci può sembrare bianca, ma è composta da tutti i colori visibili. Non appena un raggio di luce solare entra in una goccia d’acqua, viene scisso nei suoi componenti, facendo sì che i suoi colori si espandano a ventaglio e diventino visibili come uno spettro di colori. Questo accade sia quando il raggio entra nella gocciolina che quando la lascia di nuovo.

Rifrazione

Come il raggio di luce entra ed esce dalla gocciolina d’acqua, la sua direzione è anche leggermente cambiata in un processo chiamato rifrazione. Ogni colore viene rifratto in una direzione marginalmente diversa, creando l’impressione di un ventaglio di colori. Per esempio, in relazione alla direzione del raggio di luce in entrata, la componente rossa della luce lascia la gocciolina con un angolo leggermente maggiore rispetto alla componente arancione.

I colori dell’arcobaleno

Questo significa che ogni gocciolina d’acqua riflette tutti i colori della luce solare. Tuttavia, poiché riflette e rifrange ogni colore con un angolo leggermente diverso, solo un colore di ogni goccia raggiunge i tuoi occhi. Per esempio, puoi vedere solo la luce rossa dalle gocce che sono più in alto nel cielo, e solo la luce arancione dalle gocce che sono un po’ più in basso.

Ecco come si formano le due strisce superiori dell’arcobaleno – rosso e arancione. Più in basso, le goccioline formano un angolo ancora più acuto tra te e il sole, quindi gettano le componenti gialle, verdi, blu, indaco e violette della luce solare verso di te, creando le restanti strisce dell’arcobaleno.

Memorizza la sequenza dei colori

Se hai problemi a ricordare l’ordine dei colori dell’arcobaleno, memorizza semplicemente il nome Roy G. Biv. Questo nome, mezzo e cognome immaginario è un acronimo composto dalla lettera iniziale di ogni colore, nell’ordine in cui appaiono in un arcobaleno. Dall’alto in basso, sono: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola.

Perché un arcobaleno è curvo?

Tecnicamente, un arcobaleno è la metà superiore di un cerchio di luce, che ha come centro il punto antisolare, il punto direttamente opposto al Sole, visto dalla vostra prospettiva. La metà inferiore del cerchio, tuttavia, di solito non è visibile perché le gocce d’acqua colpiscono il terreno prima che si possa formare. Si può essere in grado di vedere un arcobaleno circolare se si ha un punto di vista alto e il terreno scende bruscamente nella direzione dell’arcobaleno, permettendo alla pioggia di cadere più lontano e riflettere la luce del sole da un angolo inferiore. È anche possibile vedere un arcobaleno circolare da un aereo.

La forma di un arcobaleno è il risultato dell’indice di rifrazione dell’acqua. Questo fa sì che la luce del sole venga riflessa dalle gocce di pioggia in una gamma limitata di angoli compresi tra 0° e 42°. La maggior parte della luce viene riflessa in una gamma angolare che va da 40° per la luce violetta a 42° per la luce rossa. Questo è il motivo per cui il cerchio di luce ha sempre una distanza angolare di 40-42° dal punto antisolare, il che significa che un arcobaleno appare sempre a 40-42° dal punto opposto al Sole, visto dalla tua prospettiva.

Cos’è un doppio arcobaleno?

A volte si può vedere un secondo arcobaleno più debole apparire sopra un arcobaleno. Questo accade quando la luce del sole viene riflessa due volte all’interno di ogni gocciolina d’acqua e diretta indietro verso di te.

Il secondo arcobaleno non è così luminoso come l’arcobaleno primario, perché una parte della luce del sole passa attraverso la gocciolina, mentre la maggior parte viene riflessa. Questo significa che più luce va persa quando un raggio di luce solare viene riflesso due volte, lasciando meno luce da riflettere verso di te. Il processo di doppia riflessione provoca anche un’inversione dei colori dell’arcobaleno secondario. Qui, la striscia viola è in alto mentre la striscia rossa appare in basso (clicca sull’immagine per vedere questo dettaglio).

La distanza angolare tra il secondo arcobaleno e il punto antisolare è di 50-53°, quindi i due arcobaleni sono sempre distanti circa 10°.

Perché l’area sotto l’arcobaleno è più luminosa?

Mentre la maggior parte della luce solare è concentrata ad un angolo di 40-42°, una parte di essa viene riflessa anche nella gamma di 0-39°. Fondamentalmente, l’angolo determina anche la misura in cui la luce del sole viene dispersa e rifratta. Per esempio, un raggio di luce che viene riflesso a 0°, proprio da dove è venuto, non viene affatto disperso o rifratto. Lo stesso vale per la luce che viene riflessa ad angoli più alti, anche se in misura leggermente minore. Questo è il motivo per cui l’area sotto l’arcobaleno principale appare relativamente luminosa, come mostrato nelle immagini.

Banda di Alexander

Le proprietà fisiche della goccia d’acqua impediscono alla luce del sole di essere riflessa ad angoli superiori a 42°. Per esempio, è impossibile che un fascio di luce orizzontale sia riflesso con un angolo di 90° e mandato giù dritto verso il suolo. Mentre questo angolo massimo di riflessione è un po’ diverso per ogni lunghezza d’onda (colore), che va da 40° per la luce violetta a 42° per la luce rossa, nessuna luce solare può essere reindirizzata ad angoli superiori a 42°.

Per questo motivo, le gocce d’acqua che si trovano a più di 42° dal punto antisolare, come visto dalla vostra prospettiva, non rifletteranno alcuna luce solare verso di voi. Questo è il motivo per cui il cielo sopra l’arcobaleno principale sembra molto più scuro del cielo sotto di esso (vedi immagine).

Circa 10° sopra l’arcobaleno principale, la luce solare doppiamente riflessa del secondo arcobaleno raggiunge i tuoi occhi, così il cielo sopra di esso è di nuovo un po’ più luminoso, creando l’impressione di una fascia di cielo scuro tra i due arcobaleni. Questo fenomeno è chiamato banda di Alexander.

C’è una pentola d’oro alla fine dell’arcobaleno?

Secondo una leggenda irlandese, una pentola d’oro può essere trovata alla fine dell’arcobaleno. Probabilmente siamo tutti d’accordo che questo è altamente improbabile, ma sapevate che è possibile smentire questa affermazione? Infatti, probabilmente sei stato molte volte alla fine dell’arcobaleno senza accorgertene!

Per verificare la veridicità della leggenda della pentola d’oro, devi andare nel luogo in cui l’arcobaleno tocca il suolo. Questo può sembrare un’impresa impossibile, dato che un arcobaleno è, in un certo senso, un’illusione ottica. Per quanto tangibile e reale possa apparire un arcobaleno luminoso, esso è formato da innumerevoli piccoli riflessi di luce solare che sono visibili solo da una certa prospettiva. Questo rende impossibile avvicinarsi realmente a un arcobaleno. Se ci si muove verso di esso, l’arcobaleno si allontana allo stesso ritmo; una persona che si trova alla fine dell’arcobaleno che si vede vedrà un arcobaleno diverso, ugualmente inavvicinabile, più indietro, se le condizioni meteorologiche lo permettono.

Ma in questa realizzazione c’è anche la possibilità di confutare empiricamente la leggenda irlandese. Se puoi vedere un’altra persona alla fine del tuo arcobaleno, puoi stare alla fine dell’arcobaleno di un’altra persona, o almeno di un arcobaleno che è visibile da una prospettiva diversa. Quindi, probabilmente sei stato lì, alla fine dell’arcobaleno, anche se quel particolare arcobaleno era invisibile per te in quel momento.

Quindi. Hai trovato la pentola d’oro?

Temi: Fenomeni atmosferici, Sole