Come si formano gli arcobaleni?

Gli arcobaleni sono uno dei fenomeni naturali più affascinanti e magici che possiamo osservare nel cielo. La loro apparizione, con i loro colori vivaci che si arcuano attraverso il firmamento, ha ispirato miti, leggende e meraviglia in tutte le culture. Ma dietro questa magia si cela un affascinante processo fisico che coinvolge la luce, l’acqua e i nostri occhi.

Per comprendere come si formano gli arcobaleni, dobbiamo prima capire la natura della luce. La luce solare, che ci appare bianca, è in realtà composta da tutti i colori dello spettro visibile. Quando questa luce incontra una goccia d’acqua nell’atmosfera, accade qualcosa di straordinario.

Quando un raggio di luce entra in una goccia d’acqua, subisce un processo chiamato rifrazione. La rifrazione è il fenomeno per cui la luce cambia direzione quando passa da un mezzo a un altro con densità diversa (in questo caso, dall’aria all’acqua). Ma ciò che rende questo processo così speciale è che i diversi colori che compongono la luce bianca vengono rifratti in angoli leggermente diversi.

All’interno della goccia d’acqua, la luce viene poi riflessa dalla superficie posteriore della goccia, come in uno specchio miniaturizzato. Quando la luce riemerge dalla goccia, subisce una seconda rifrazione. Questo processo di rifrazione-riflessione-rifrazione separa efficacemente i colori della luce, un fenomeno noto come dispersione.

Il risultato di questo processo è che ogni goccia d’acqua diventa un minuscolo prisma, separando la luce bianca nei suoi colori componenti. Ma perché vediamo un arco? La risposta sta nell’angolo in cui la luce emerge dalle gocce d’acqua.

La luce rossa emerge a un angolo di circa 42 gradi rispetto alla direzione del raggio di sole originale, mentre la luce viola emerge a un angolo di circa 40 gradi. Gli altri colori emergono ad angoli intermedi. Questo significa che per vedere un colore specifico dell’arcobaleno, dobbiamo essere nella posizione giusta per ricevere la luce a quell’angolo preciso.

L’arco si forma perché stiamo vedendo la luce riflessa da molte gocce d’acqua contemporaneamente, ognuna alla giusta angolazione per un colore specifico. Il sole deve essere sempre alle nostre spalle quando osserviamo un arcobaleno, e l’arco si forma a 42 gradi dal punto direttamente opposto al sole.

È interessante notare che ogni osservatore vede un arcobaleno leggermente diverso, perché sta vedendo la luce riflessa da un set unico di gocce d’acqua. Inoltre, gli arcobaleni sono tecnicamente cerchi completi, ma di solito vediamo solo la metà superiore perché il terreno interrompe la nostra visuale della metà inferiore.

In condizioni particolari, possiamo anche osservare arcobaleni doppi o tripli. Questi si formano quando la luce subisce riflessioni multiple all’interno delle gocce d’acqua. Nel caso di un doppio arcobaleno, il secondo arco appare più in alto e con i colori invertiti rispetto al primo.

La prossima volta che vedrete un arcobaleno, potrete apprezzare non solo la sua bellezza, ma anche la meravigliosa interazione tra luce e acqua che lo crea. È un promemoria della bellezza e della complessità che si nascondono nei fenomeni naturali più comuni, un esempio di come la scienza possa rivelare la magia che esiste nel mondo che ci circonda.