Come si forma l’arcobaleno: luce, gocce di pioggia e un angolo di 42 gradi

Basta un acquazzone seguito da un raggio di sole perché in cielo compaia un arco colorato. Ma come si forma l’arcobaleno? Il segreto sta nell’incontro tra la luce del Sole e milioni di goccioline d’acqua sospese nell’aria, che si comportano come minuscoli prismi.

La luce bianca contiene tutti i colori

La luce del Sole ci sembra bianca, ma in realtà è un miscuglio di tutti i colori. Lo dimostrò Isaac Newton nel Seicento facendo passare un raggio di sole attraverso un prisma di vetro: dall’altra parte la luce si apriva in una striscia colorata, dal rosso al viola. Ogni colore corrisponde a una diversa lunghezza d’onda e viene deviato in misura leggermente diversa quando attraversa un materiale trasparente.

Come si forma l’arcobaleno dentro una goccia

Una goccia di pioggia fa la stessa cosa del prisma, in tre passaggi:

• Rifrazione: la luce entra nella goccia e, passando dall’aria all’acqua, cambia direzione. In questo momento i colori iniziano a separarsi, perché ognuno viene piegato in modo un po’ diverso.
• Riflessione: arrivata sul fondo della goccia, la luce rimbalza all’indietro come su uno specchio.
• Seconda rifrazione: uscendo dalla goccia, la luce si piega di nuovo e i colori si allontanano ancora di più tra loro.

Il risultato è che la luce torna indietro verso chi guarda, già scomposta nei suoi colori, con un’angolazione precisa: circa 42 gradi rispetto alla direzione dei raggi del Sole per il rosso, un po’ meno per il viola.

Perché l’arcobaleno si vede solo con il sole alle spalle?

Proprio per questo gioco di angoli, l’arcobaleno si vede soltanto quando il Sole è dietro di noi e la pioggia è davanti. Inoltre il Sole deve essere abbastanza basso sull’orizzonte: per questo gli arcobaleni sono più frequenti al mattino o nel tardo pomeriggio, e quasi impossibili da vedere a mezzogiorno d’estate, quando il Sole è troppo alto.

Perché ha la forma di un arco?

Tutte le gocce che rimandano la luce verso i nostri occhi con quell’angolo di circa 42 gradi si trovano disposte su un cerchio, il cui centro è il punto esattamente opposto al Sole rispetto alla nostra testa. Da terra vediamo solo la parte di cerchio che sta sopra l’orizzonte, cioè un arco. Da un aereo o da una montagna, in condizioni particolari, è possibile vedere l’arcobaleno completo, a forma di cerchio.

C’è anche una curiosità: ognuno vede il proprio arcobaleno. Due persone vicine ricevono la luce da gocce diverse, e per questo non si può mai “raggiungere” la fine di un arcobaleno: si sposta con noi.

L’ordine dei colori e il doppio arcobaleno

Nell’arcobaleno principale il rosso sta all’esterno e il viola all’interno. Tradizionalmente si contano sette colori: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. In realtà i colori sfumano l’uno nell’altro senza confini netti: la divisione in sette si deve proprio a Newton.

A volte, sopra il primo, compare un secondo arco più debole. È il doppio arcobaleno: nasce quando la luce rimbalza due volte all’interno delle gocce prima di uscire. Si forma a circa 51 gradi, è più pallido perché a ogni riflessione si perde un po’ di luce e ha i colori in ordine invertito, con il rosso all’interno. La fascia di cielo tra i due archi appare più scura del resto: si chiama banda di Alessandro, dal nome del filosofo greco Alessandro di Afrodisia che la descrisse per primo.

Come aumentare le probabilità di vederlo

Il momento migliore è subito dopo un temporale, quando il cielo si apre da un lato mentre dall’altro piove ancora. Mettetevi con il Sole alle spalle e guardate nella direzione opposta. Si può anche creare un piccolo arcobaleno in giardino con il getto nebulizzato di una canna dell’acqua, sempre con il sole dietro di sé. Se vi piacciono questi fenomeni, leggete anche perché il cielo è blu e perché il tramonto è rosso.