Come si forma l'arcobaleno?

Che cosa serve per vedere un arcobaleno?

Servono tre ingredienti: il Sole, tante gocce d'acqua sospese nell'aria e un osservatore nel punto giusto. La regola d'oro è semplice: l'arcobaleno si vede solo con il Sole alle spalle e la pioggia davanti.

Ecco perché capita soprattutto al mattino presto o nel tardo pomeriggio, quando un temporale si allontana e il Sole torna a splendere basso sull'orizzonte. A mezzogiorno d'estate, con il Sole alto, è quasi impossibile vederlo: tra poco capiremo il motivo.

Le gocce non devono per forza essere pioggia. Vanno bene anche gli spruzzi di una fontana, di una cascata o dell'irrigatore del giardino. Se ti chiedi da dove arrivano le gocce di un temporale, leggi perché piove.

Cosa succede alla luce dentro una goccia?

La luce del Sole sembra bianca, ma contiene tutti i colori. Quando un raggio entra in una goccia passa dall'aria all'acqua e cambia direzione. È la rifrazione, la stessa che fa sembrare spezzata una cannuccia dentro un bicchiere.

Poi il raggio arriva sul fondo della goccia, rimbalza come su uno specchio, ed è la riflessione, e torna indietro. Uscendo di nuovo nell'aria viene deviato una seconda volta.

Il punto chiave è che ogni colore viene deviato in misura leggermente diversa. Il viola si piega un po' di più, il rosso un po' di meno. Così, all'uscita dalla goccia, il bianco si apre a ventaglio. Questo fenomeno si chiama dispersione ed è lo stesso che Isaac Newton studiò con un prisma di vetro nella seconda metà del Seicento.

Il percorso della luce nella goccia era stato intuito già all'inizio del Trecento dal frate tedesco Teodorico di Freiberg, che usava sfere di vetro piene d'acqua come gocce giganti. Nel 1637 il filosofo e matematico francese René Descartes, il nostro Cartesio, calcolò con precisione il percorso dei raggi nel suo trattato sulle meteore.

Perché l'arcobaleno è un arco?

Dalla goccia la luce esce concentrata in una direzione precisa: a circa 42 gradi dalla linea immaginaria che parte dal Sole, passa per la tua testa e prosegue davanti a te. Più precisamente, il rosso esce intorno ai 42 gradi e il viola intorno ai 40.

Ora immagina quella linea come l'asse di un cono con la punta nel tuo occhio. Tutte le gocce che si trovano a 42 gradi dall'asse ti mandano luce rossa, tutte quelle a 40 gradi ti mandano luce viola. Le gocce disposte su un cono, viste dalla punta, formano un cerchio. Ecco perché l'arcobaleno è curvo, con il rosso fuori e il viola dentro.

Di solito ne vediamo solo una parte perché il terreno taglia il cerchio. E se il Sole è più alto di 42 gradi, l'arco finisce tutto sotto l'orizzonte: è questo il motivo per cui a mezzogiorno d'estate non c'è arcobaleno. Da un aereo o dalla cima di una montagna, invece, a volte si vede il cerchio completo.

C'è poi un dettaglio da ingegnere che pochi conoscono. Le gocce che ti mandano i colori non sono le stesse che li mandano a chi ti sta accanto: ognuno vede il proprio arcobaleno, costruito da gocce diverse. Per lo stesso motivo non puoi mai raggiungerlo: quando ti sposti, il cono si sposta con te.

Perché a volte ci sono due arcobaleni?

Una parte della luce, invece di rimbalzare una volta sola dentro la goccia, rimbalza due volte prima di uscire. Questo secondo percorso produce un arcobaleno più largo, a circa 51 gradi, e più pallido, perché a ogni rimbalzo un po' di luce scappa fuori dalla goccia e si perde.

Nell'arcobaleno secondario i colori sono invertiti: il rosso sta dentro e il viola fuori. Il doppio rimbalzo, infatti, fa uscire i raggi capovolti rispetto all'arco principale.

Tra i due archi il cielo è un po' più scuro che altrove. Questa striscia si chiama banda di Alessandro, dal filosofo greco Alessandro di Afrodisia, che la descrisse nel III secolo. Lì le gocce mandano la luce in altre direzioni, e verso i tuoi occhi ne arriva meno.

Quanti colori ha davvero l'arcobaleno?

A scuola si dice sette: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. Il numero sette lo scelse Newton, che a quel numero attribuiva un significato speciale.

In realtà l'arcobaleno è una sfumatura continua, senza confini netti tra un colore e l'altro. Molte persone, per esempio, non riescono a distinguere l'indaco come colore a sé. I colori sono infiniti: siamo noi a dare un nome solo ad alcuni.

Lo stesso incontro tra luce e materia spiega anche altri colori del cielo, come l'azzurro di una giornata serena. Te lo racconto in perché il cielo è blu.