La luce si diverte

Presentiamo, innanzitutto, gli attori principali di questi giochi di prestigio. Li vediamo rappresentati nella Fig. 1. Non sono altro che cristalli di ghiaccio a sezione esagonale (la Natura sa creare forme perfette quando vuole…). Essi sono molto frequenti nelle nuvole sottili, dette cirri, dove la temperatura è molto bassa. A volte, possono anche formarsi a bassa quota e prendono il nome di polvere diamante (diamond dust) che dà luogo a nevicate con cielo sereno o a nebbie che non bloccano la visuale. Ovviamente, sono frequenti nei paesi artici o molto freddi. Il filmato inserito nell’articolo precedente ne è una dimostrazione, ripresa in Finlandia. Tuttavia, quelli che servono ai giochi solari (e lunari) sono quelli molto alti.

Vediamo, allora come si formano i tre Soli o i cani solari, come preferite chiamarli. Chi li causa sono cristalli esagonali molto sottili (come quelli a sinistra della Fig. 1) che si piazzano orizzontalmente. Ne segue che il risultato migliore si ha quando il Sole è molto basso, ossia se è quasi sull’orizzonte. Ciò che avviene è mostrato nella Fig. 2. I raggi solari attraversano i piccoli cristalli, si rifrangono ed escono con un angolo finale che non può essere minore di 22°. Questo vincolo si può dedurre dall’indice di rifrazione del ghiaccio e sapendo che l’angolo tra due facce di un esagono, non adiacenti e non parallele tra loro, misura 60°. L’angolo minimo di 22° si ha quando il raggio rifratto, interno al cristallo, è parallelo al lato adiacente a quello di entrata (a sinistra di Fig. 2).

Cos’avviene nel Cielo? Lo vediamo dall’alto in Fig. 3. I raggi solari si dirigono verso l’osservatore O. Tuttavia, i raggi che incontrano i cristalli messi nel modo giusto eseguono la loro rifrazione e raggiungono l’osservatore, producendo due immagini del Sole che distano un angolo di 22° da quella vera.

La Fig. 4 illustra il fenomeno in tre dimensioni. Si vede bene, che il limite minimo è proprio 22°, ma l’immagine si allarga verso l’esterno per angoli maggiori di 22°.

Spesso i cani del Sole sono colorati a causa della dispersione causata dalla rifrazione, ma non sempre, in quanto la debole luce di ogni singolo cristallo può non attivare i selezionatori dei colori dell’occhio e quindi le immagini appaiono bianche.

Tuttavia, nell’aria, vi sono anche piccoli cilindretti esagonali, non piatti come quelli precedenti (a destra di Fig. 1). Loro possono assumere varie inclinazioni rispetto al piano orizzontale, pur dando luogo a immagini finali non più vicine di 22° rispetto al Sole. Ne deriva, quindi, un cerchio completo attorno alla nostra stella (ma anche alla Luna), come mostrato in Fig. 5. Attenzione a non confonderlo con la corona che si vede sovente e che è dovuta alla diffusione della luce su gocce d’acqua sospese in aria.

Fermiamoci a questi due fenomeni che sono spesso assai suggestivi e visibili ad alte latitudini, senza dimenticare, però, che gli stessi cristalli e giochi più complicati tra rifrazione e riflessione  possono dar luogo a figure ancora più complicate, come quelle mostrate in Fig. 6.

In Fig. 7 riporto una vera foto di quasi tutti i possibili fenomeni causati dai nostri simpatici esagoni ghiacciati.

Per tornare agli UFO… immaginate che vi siano delle nuvole che coprano il Sole vero o intrappolino l’immagine dei due “cagnolini”. Luci strane, colorate che sembrano muoversi e spegnersi improvvisamente. L’UFO diventerebbe la più ovvia conclusione e potrebbe anche essere fotografato.

Basta invece una gocciolina d’acqua e un lago alle spalle per osservare uno stupendo arcobaleno doppio (oltre a quello secondario che già conosciamo bene) come quello di Fig. 8.

Chissà quanti ne avrà visti il nostro celebre pescatore… La luce del Sole, che colpisce la goccia G, si rifrange e fa vedere all’osservatore O l’arcobaleno normale A (Fig. 9). Tuttavia, la luce del Sole colpisce anche la superficie liquida e si riflette in S. E’ come se vi fosse un nuovo Sole in S’. Il raggio riflesso che sembra provenire da S’ colpisce la goccia G’, si rifrange, e mostra all’osservatore anche l’arcobaleno A’, che si chiama arcobaleno di riflessione. Facilissimo a spiegare senza bisogno di pensare di rivolvere attorno a una stella doppia!

Finirà mai di stupirci l’Universo? Basta un cristallino di ghiaccio, un po’ d’acqua, una banda di allegri fotoni e il gioco è fatto!