Aloni, pareli e archi circumorizzontali:
quando i cristalli di ghiaccio dipingono il cielo
Guardando il cielo in una giornata limpida può capitare di osservare fenomeni luminosi sorprendenti: grandi cerchi attorno al Sole, macchie colorate che sembrano accompagnarlo, colonne di luce o archi dai colori vivissimi. Non sono effetti prodotti dall’obiettivo della macchina fotografica né, tantomeno, fenomeni misteriosi: sono fenomeni ottici atmosferici, conosciuti nel loro insieme come fenomeni alonari.
Secondo la definizione della World Meteorological Organization (WMO), si tratta di fenomeni sotto forma di anelli, archi, colonne o macchie luminose, prodotti dalla rifrazione o dalla riflessione della luce sui cristalli di ghiaccio presenti nell'atmosfera.
I prismi dipingono il cielo
Per capire come si formano gli aloni bisogna immaginare le nubi alte, in particolare i cirri e i cirrostrati. Al loro interno possono trovarsi minuscoli cristalli di ghiaccio, spesso a forma di colonne o di sottili placche esagonali.
Quando la luce del Sole attraversa questi cristalli, cambia direzione: è il fenomeno della rifrazione. Inoltre, la luce bianca del Sole è composta da diversi colori e ciascuno viene deviato in maniera leggermente diversa. È proprio questa separazione a produrre, in determinate condizioni, le caratteristiche colorazioni degli aloni.
La geometria dei cristalli è fondamentale. Non basta infatti che nell'atmosfera ci sia del ghiaccio: contano anche la forma dei cristalli, il loro orientamento e l'altezza del Sole sopra l'orizzonte. Per questo esistono moltissimi tipi di fenomeni alonari.
Uno dei più comuni è il cosiddetto alone di 22°, un grande anello luminoso che circonda il Sole o, più raramente, la Luna. Il nome deriva dalla sua distanza angolare apparente dalla sorgente luminosa: circa 22 gradi. La WMO riconosce inoltre aloni di 46°, colonne luminose, archi e altri fenomeni più complessi. International Cloud Atlas
Tra questi fenomeni troviamo anche i pareli, le caratteristiche macchie luminose che possono comparire ai lati del Sole. Sono conosciuti anche come sun dogs, cioè letteralmente “cani del Sole”. Si formano quando la luce viene rifratta attraverso cristalli di ghiaccio esagonali orientati in modo particolare. Generalmente compaiono alla stessa altezza del Sole e a circa 22° di distanza angolare.
E' poi c'è l'arco circumorizzontale
Tra i fenomeni alonari più spettacolari c'è l'arco circumorizzontale, spesso indicato con la sigla inglese CHA (Circumhorizontal Arc).
A differenza del classico alone circolare, l'arco circumorizzontale appare molto più vicino all'orizzonte e corre parallelamente ad esso. Può presentarsi come un lungo arco dai colori estremamente vivaci, con tonalità rosse, arancioni, gialle, verdi e blu ben separate.
La WMO lo definisce proprio come un arco vicino all'orizzonte che si estende parallelamente a esso. La sua comparsa è legata a una condizione molto precisa: la sorgente luminosa deve trovarsi a più di 58° sopra l'orizzonte. Quando si tratta del Sole, questo significa che l'arco può comparire soltanto nelle ore e nei periodi dell'anno in cui il Sole raggiunge una sufficiente altezza nel cielo.
Perché serve un Sole così alto?
La spiegazione sta ancora una volta nella forma dei cristalli.
L'arco circumorizzontale è prodotto soprattutto da cristalli di ghiaccio esagonali a forma di piastra, sospesi nelle alte nubi. Questi cristalli tendono ad assumere un orientamento con le loro grandi facce quasi orizzontali.
La luce solare entra allora attraverso una delle facce laterali del cristallo e ne esce dalla faccia inferiore, che è quasi orizzontale. Il percorso attraverso queste superfici, disposte con un angolo di circa 90°, produce una particolare rifrazione e una forte separazione dei colori.
Ma c'è un problema: se il Sole è troppo basso, la luce non riesce a uscire dal cristallo nel modo necessario per produrre l'arco. Al di sotto dei 58° circa, il percorso della luce non permette più la formazione del fenomeno. È per questo che l'arco circumorizzontale è tipicamente associato alle giornate della tarda primavera e dell'estate alle medie latitudini.
Il fenomeno raggiunge condizioni particolarmente favorevoli quando il Sole è intorno ai 68° di altezza: secondo la WMO, proprio a questa altezza l'arco può raggiungere la sua massima intensità
Quando possiamo osservarlo in Italia?
L'Italia si trova a latitudini alle quali, durante una parte dell'anno, il Sole può raggiungere l'altezza necessaria. In linea generale, quindi, la tarda primavera e l'estate sono il periodo più favorevole, soprattutto nelle ore centrali della giornata.
Non bisogna però aspettarsi di vederlo ogni volta che ci sono cirri. Servono contemporaneamente diversi ingredienti: il Sole deve essere abbastanza alto, devono essere presenti nubi contenenti cristalli di ghiaccio adatti e questi cristalli devono avere un orientamento favorevole.
Ad esempio dal Centro Italia l’arco circumorizzontale è osservabile soprattutto dalla tarda primavera alla piena estate, quando il Sole raggiunge almeno 58° di altezza sull’orizzonte.
In pratica:
- fine aprile: comincia a essere possibile, ma solo per un periodo limitato intorno al mezzogiorno.
- maggio–luglio: è il periodo più favorevole.
- giugno: è il mese migliore, perché il Sole raggiunge la massima altezza annuale e rimane sopra i 58° per diverse ore.
- agosto: è ancora possibile, soprattutto nella prima parte del mese, ma la finestra si accorcia progressivamente.
- da settembre in poi: il Sole non raggiunge più l'altezza necessaria per gran parte dell'anno; il fenomeno torna possibile soltanto nella primavera successiva.
Ma attenzione all’orario: A Roma il Sole supera i 58° indicativamente da fine aprile a fine agosto, con una finestra quotidiana più ampia attorno al solstizio d'estate. L'arco può quindi essere cercato soprattutto nelle ore centrali della giornata, indicativamente tra la tarda mattinata e il primo pomeriggio.
Attenzione non è un arcobaleno!
Uno degli equivoci più comuni riguarda proprio l'arco circumorizzontale. A prima vista può sembrare un enorme arcobaleno appeso nel cielo e per questo viene talvolta chiamato, soprattutto sui mezzi di comunicazione, “arcobaleno che sorride” o fire rainbow. In realtà, non è un arcobaleno.
L'arcobaleno si forma quando la luce interagisce con goccioline d'acqua liquide, attraverso una combinazione di rifrazione, riflessione interna e dispersione della luce. L'arco circumorizzontale, invece, è un alone prodotto dalla luce che attraversa cristalli di ghiaccio. Le due manifestazioni possono quindi avere colori simili, ma hanno origini fisiche differenti.
C'è anche una differenza facilmente riconoscibile: l'arco circumorizzontale si trova sotto il Sole e corre parallelamente all'orizzonte. Quando è ben sviluppato, può estendersi per una porzione molto ampia del cielo; più spesso, però, ne vediamo soltanto un frammento illuminare alcune parti delle nubi cirriformi.
Perché i colori possono essere così intensi?
La particolare geometria dei cristalli fa sì che i colori dell'arco circumorizzontale possano risultare molto puri e nettamente separati. Atmospheric Optics sottolinea che la dispersione cromatica può essere persino più evidente di quella osservata normalmente nell'arcobaleno.
Il risultato è un fenomeno che sembra quasi dipinto sul cielo: una fascia luminosa dai colori saturi, spesso con il rosso nella parte superiore. Non è però necessario che l'arco sia completo. Anzi, nella maggior parte delle osservazioni compaiono soltanto porzioni dell'arco, perché i cristalli non sono distribuiti uniformemente e le nubi cirriformi possono essere frammentarie.
È quindi una questione di geometria, meteorologia e fortuna.
Un cielo che diventa un laboratorio di ottica
Gli aloni mostrano in modo spettacolare quanto possa essere complessa l'interazione fra luce e atmosfera. Un semplice cristallo di ghiaccio, invisibile a occhio nudo a chilometri di distanza, può modificare il percorso della luce e contribuire alla formazione di strutture luminose che occupano una parte enorme del cielo.
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