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CNR: Alamanacco della Scienza

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N. 6 - 24 mar 2021
ISSN 2037-4801

Focus - Colori  

Ambiente

Arcobaleno: tanto spettacolo e poco mistero

Quando parliamo di colori, una delle prime immagini che ci viene in mente è quella dell'arcobaleno, un fenomeno che da sempre affascina chi ha la fortuna di osservarlo e ammirarlo. Nel corso dei secoli, l'arcobaleno ha stimolato la fantasia di scrittori, poeti, pittori, fotografi. E dei bambini alle prime esperienze di disegno. È stato oggetto di considerazioni e di studi fin dall'antichità: nella Genesi è ritenuto l'arco dell'alleanza che, dopo il diluvio universale, unisce il cielo alla terra. Ma è presente anche nella mitologia di molti popoli come quelli indiano, cinese o greco.

“Malgrado la sua aura quasi magica, l'arcobaleno è un fenomeno che rispetta precise leggi fisiche, quelle dell'ottica, croce e delizia di tutti gli studenti del primo anno di fisica e ingegneria”, spiega Marina Baldi dell'Istituto per la Bioeconomia (Ibe) del Cnr, che espone poi le tappe principali che hanno portato alla sua comprensione: “Dopo aver superato un approccio mitologico, gli studi di ottica sono riusciti con il tempo a comprenderne la natura. Nel 1300 il monaco tedesco Teodorico di Freiberg era giunto alla conclusione che le gocce d'acqua, colpite dal raggio di sole, fossero in grado di generare fasci di colori diversi. Ma lo stesso Dante era già arrivato alla conclusione che la sua presenza derivasse dall'umidità dell'aria (Purg. XV, 91). Poi nel 1600 vennero eseguiti i primi esperimenti scientifici per cercare di comprendere le leggi dell'ottica. È infatti del 1637 la pubblicazione dell'opera principale di Cartesio sull'ottica, su cui ancora basiamo le leggi matematiche sulla rifrazione come oggi le conosciamo. Gli studi però raggiungono risultati  definitivi solo con gli approfondimenti di Newton intorno al 1670”.

Rimaneva però insoluto il maggiore dei misteri: come facesse la luce bianca a trasformarsi in luce colorata. “Bisogna aspettare il XIX secolo, quando studiosi come Thomas Young compiono ulteriori passi avanti nella teoria e si fa strada l'idea della natura ondulatoria della luce a dare completa spiegazione del fenomeno”, prosegue la ricercatrice.

Quali sono dunque le cause dell'arcobaleno? Si verifica tutte le volte che la luce del sole, che all'occhio umano appare bianca ma è invece formata da un ventaglio di radiazioni colorate diverse (lo spettro), attraversa le gocce d'acqua rimaste in sospensione nell'atmosfera dopo un temporale oppure presso una cascata o una fontana. “Attraversando la goccia d'acqua, che agisce come fosse un prisma, la luce bianca si 'scompone' nello spettro che va dal violetto al rosso. Quel che noi osserviamo è appunto la luce bianca scomposta nelle sue componenti”, chiarisce Baldi.

Interessante è anche sapere quanti sono i colori che compongono un arcobaleno, argomento di dibattiti filosofici e sofismi: Aristotele ne concepiva solo tre, ma alla fine è stata accettata la teoria di altri studiosi ellenici che affermavano fossero sette, rispecchiando la corrispondenza delle note musicali. “Ma è solo una convenzione. Di fatto, se il nostro occhio fosse molto allenato e il nostro cervello lavorasse in modo perfetto, riusciremmo a percepire l'arcobaleno come un arco multicolore: rosso sull'esterno e viola sulla parte interna, senza transizioni nette tra un colore e l'altro”, aggiunge la ricercatrice del Cnr-Ibe. “In realtà il nostro cervello non riesce a elaborare questa informazione e dunque non riusciamo a percepire lo spettro continuo, ma solo una sequenza di bande colorate: rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e violetto”.

In che occasioni possiamo vedere un arcobaleno? “La posizione per vederlo è spalle al sole, guardando nella direzione in cui il cielo è cupo, come dopo un temporale. In pochissimi casi, quando siamo in alto, riusciamo ad ammirare lo spettacolo del cerchio completo: da terra vediamo solo un arco”, sottolinea l'esperta. “Ci sono poi le rarità,  come il doppio arcobaleno che si forma quando il raggio di luce rimbalza più di una volta nella stessa gocciolina d'acqua sospesa in aria. In genere, uno dei due archi è poco visibile, e si può notare che ha sempre i colori invertiti. Ci sono poi gli 'arcobaleni supernumerosi', costituiti da diversi deboli arcobaleni presenti nel lato interno dell'arco primario e, molto raramente, anche all'esterno di quello secondario”.

Il fenomeno in sé è dunque molto utile per capire le leggi che governano la riflessione e la rifrazione dei colori, l'ottica, e fornisce indicazioni atmosferiche sulla quantità di umidità nell'aria. “Ma la valenza maggiore è il fascino e l'ipnosi che trasmette a chiunque riesce ancora a vedere la magia di un fenomeno che lega la terra e il cielo con un nastro multicolore”, conclude Baldi.

Filippo Flamini

Fonte: Marina Baldi, Istituto per la bioeconomia , email marina.baldi@ibe.cnr.it -