L'arcobaleno doppio: la fisica dietro l'illusione che ci affascina

Dopo un temporale estivo, quando il sole torna a farsi strada tra le nuvole e l'aria è ancora satura di goccioline sospese, può capitare di scorgere due archi colorati che sembrano abbracciare il paesaggio. È l'arcobaleno doppio, uno dei fenomeni ottici più comuni e, allo stesso tempo, più frequentemente fraintesi. Dietro quelle due corone luminose si nasconde una danza di raggi che attraversano milioni di gocce d'acqua, ognuna delle quali agisce come un minuscolo prisma sferico. La Neve A Roma Quando La Storia Si Ripete 011.

Capire cosa accade quando la luce solare incontra la pioggia non richiede strumenti complessi, ma soltanto un po' di pazienza e qualche nozione di ottica geometrica. Rifrazione, riflessione interna e dispersione spettrale sono i tre attori principali di questa scena, e ciascuno contribuisce a definire la forma, i colori e la posizione di ogni arco. Osservare un arcobaleno doppio diventa così un esercizio di lettura del cielo, un modo per decifrare la fisica che si svolge letteralmente sotto i nostri occhi. In Depth.

Come nasce un arcobaleno primario

Quando un raggio di luce solare penetra in una goccia d'acqua, la sua velocità diminuisce bruscamente passando dall'aria al mezzo liquido. Questo rallentamento provoca una deviazione del raggio, un fenomeno noto come rifrazione. Poiché l'acqua presenta un indice di rifrazione leggermente diverso per ciascuna lunghezza d'onda, la luce bianca viene scomposta nei suoi colori costituenti, come accade in un prisma di vetro. È la dispersione cromatica, lo stesso principio che Newton osservò nel XVII secolo.

Una volta all'interno della goccia, il raggio colpisce la parete opposta e viene riflesso verso l'interno con un angolo vicino ai 138 gradi rispetto alla direzione originaria. Esce quindi dalla goccia e ritorna nell'aria, subendo una seconda rifrazione che amplifica la separazione dei colori. L'angolo complessivo di deviazione si attesta attorno ai 42 gradi per la lunghezza d'onda centrale dello spettro visibile. È proprio questa costanza angolare a determinare la tipica forma ad arco: ogni goccia che si trova a 42 gradi dal punto antisolare contribuisce a inviare luce verso l'osservatore, disegnando una circonferenza nel cielo.

Poiché l'angolo dipende dalla lunghezza d'onda, il rosso, deviato meno, appare sempre nella parte esterna dell'arco, mentre il violetto, deviato maggiormente, si colloca nella parte interna. Questo spiega perché in un arcobaleno primario la sequenza dei colori proceda sempre dal rosso all'esterno verso il violetto all'interno, indipendentemente dalle condizioni atmosferiche. Per fissare le differenze principali, le caratteristiche dei due archi sono messe a confronto di seguito.

Caratteristica	Arcobaleno primario	Arcobaleno secondario
Riflessioni interne	Una	Due
Angolo di deviazione	Circa 42°	Circa 50°-51°
Posizione nel cielo	Più basso e luminoso	Più alto e più tenue
Ordine dei colori	Rosso esterno, violetto interno	Rosso interno, violetto esterno
Luminosità relativa	Elevata	Circa la metà del primario
Spessore angolare	Circa 2°	Circa 2°

Il secondo arco e il percorso della luce

Per generare un secondo arco è sufficiente che la luce subisca una seconda riflessione interna prima di uscire dalla goccia. Il raggio percorre un tragitto più lungo: entra nella goccia, si riflette sulla parete posteriore, poi su quella anteriore, e infine esce in una direzione diversa rispetto al primo arco. La deviazione totale cresce, portando l'angolo di uscita a circa 50-51 gradi rispetto alla direzione del sole, il che colloca il secondo arco sempre più in alto rispetto all'orizzonte.

Questo arco secondario appare sempre più alto e più esterno rispetto al primario, ed è anche notevolmente più tenue. La ragione risiede nella quantità di luce disponibile: a ogni riflessione interna una parte dell'energia luminosa si disperde, e con due riflessioni la perdita è quasi doppia rispetto al caso primario. Ecco perché il secondo arco appare spesso come un'eco sbiadita del primo, con colori meno saturi e contorni meno definiti.

Una peculiarità che colpisce chi osserva per la prima volta un arcobaleno doppio è l'inversione dell'ordine dei colori. Nel secondo arco il rosso si trova nella parte interna e il violetto in quella esterna, esattamente opposto rispetto al primario. Questa inversione non è un dettaglio estetico, ma la diretta conseguenza della geometria del percorso luminoso, che capovolge specularmente la sequenza spettrale e fornisce un'indicazione immediata per riconoscere un vero doppio arcobaleno.

La banda scura di Alessandro

Tra il primo e il secondo arco si osserva una fascia di cielo visibilmente più scura, nota come banda di Alessandro, dal nome del filosofo greco Alessandro di Afrodisia che per primo la descrisse nel II secolo d.C. Questa zona non è dovuta ad alcun assorbimento della luce, ma è la conseguenza geometrica del fatto che i raggi deviati di 42 gradi formano l'arco primario e quelli deviati di