Con questo articolo presento un lavoro realizzato negli anni che mi ha permesso di riprendere il raggio verde sui pianeti
Dati di ripresa:
Ho fotografato Giove e Saturno il 28 Ottobre 2020 con una reflex Canon Eos 1Dx Mk2 e Canon EF 400 f/2.8 + EF1.4X, 1600Iso. Marte e Mercurio sono stati ripresi con la stessa strumentazione ma Marte il giorno 7 Novembre e Mercurio all 10 Novembre. I dischi sono stati elaborati con Photoshop ed ingranditi 800%. Venere invece è una ripresa degli anni ’90 fatta con la diapositiva ed un rifrattore Zen da 12 cm e 1440mm di Focale dell’Osservatorio Astronomico San Pio X. Successivamente ho inserito sulle immagini i dischi planetari in alta risoluzione ripresi dal mio amico Alessandro Bianconi al fine di avere una idea chiara delle dimensioni del disco planetario rispetto alla deformazione ottica atmosferica.
Quando ho fotografato Giove, ho ottenuto venti scatti buoni in cui in tutti era presente il raggio verde, ma solamente uno col raggio blu ed il satellite Europa verde. Ho preferito inserire questo file perché è più raro.
Ma come è possibile vedere il raggio verde sui pianeti?
Quando si parla di green flash, o raggio verde, si pensa quasi sempre al Sole che scompare all'orizzonte. In realtà il fenomeno non è esclusivo del Sole, o della Luna: anche la luce dei pianeti può produrre effetti di dispersione cromatica e, in condizioni favorevoli, un vero raggio verde osservabile dalla Terra.
Un fenomeno dell'atmosfera terrestre
Il raggio verde non nasce sul corpo celeste che stiamo osservando, bensì principalmente nell'atmosfera terrestre.
Quando la luce proveniente da un oggetto celeste attraversa una grande quantità di atmosfera vicino all'orizzonte, viene rifratta. L'indice di rifrazione dell'aria dipende dalla lunghezza d'onda: le diverse componenti cromatiche della luce non seguono quindi esattamente lo stesso percorso.
La componente blu-verde viene rifratta leggermente più della componente rossa. Il risultato è una separazione verticale dei colori dell'immagine dell'oggetto.
Nel caso del Sole, questa separazione è normalmente troppo piccola per essere evidente durante la maggior parte del tramonto. Negli ultimi istanti, però, particolari condizioni atmosferiche possono amplificarla e produrre il caratteristico lampo verde.
Lo stesso principio vale anche quando l'oggetto osservato è un pianeta.
Il caso più interessante è quello di Venere, ma il principio può essere applicato anche agli altri pianeti luminosi.
Giove e Saturno in congiunzione stretta
Il caso di Venere
Venere rappresenta il candidato più favorevole perché può raggiungere una luminosità apparente eccezionale, fino a circa magnitudine −4,7. È quindi facilmente visibile anche quando è relativamente basso sull'orizzonte.
Inoltre, il disco di Venere può raggiungere circa un minuto d'arco di diametro apparente. Non è quindi un oggetto puramente puntiforme: attraverso uno strumento ottico è possibile, in condizioni favorevoli, studiare la struttura cromatica della sua immagine.
Quando Venere tramonta, la sua luce attraversa una quantità crescente di atmosfera. Non è tuttavia necessario attendere che il pianeta arrivi praticamente sull'orizzonte perché la dispersione cromatica diventi significativa.
Questo è un punto particolarmente interessante.
Il fenomeno può iniziare molti gradi sopra l'orizzonte
Personalmente sono riuscito a osservarlo (col binocolo) e a fotografarlo con il pianeta alto ben 10 gradi sull’orizzonte: Assumendo condizioni atmosferiche standard e confrontando, come esempio, una componente verde intorno ai 500 nm con una componente rossa intorno ai 650 nm, si ottiene una differenza di rifrazione dell'ordine di:
| Altezza del pianeta | Separazione verde-rosso approssimativa |
| 10° | ~2,4 secondi d'arco |
| 5° | ~4,8″ |
| 2° | ~12″ |
| 1° | ~24″ |
| 0,5° | ~48″ |
Sono valori indicativi, perché vicino all'orizzonte l'atmosfera reale è molto più complessa del modello semplificato.
Tuttavia mostrano chiaramente la tendenza: la dispersione cresce rapidamente quando il pianeta scende verso l'orizzonte, ma è già dell'ordine di alcuni secondi d'arco quando l'oggetto si trova intorno ai 10° di altezza.
Questo significa che l'effetto può iniziare a essere interessante quando Venere è ancora relativamente alto nel cielo.
Dispersione cromatica e vero "raggio verde"
È importante distinguere due fenomeni.
La prima è la dispersione cromatica atmosferica. In questo caso l'immagine del pianeta viene leggermente separata nei suoi colori. In modo schematico, si può immaginare:
blu/verde
(sopra il disco)
●
V E N E R E
●
rosso
(sotto il disco)
Non si tratta ancora necessariamente di un green flash spettacolare.
Il vero raggio verde richiede condizioni più particolari. La struttura verticale dell'atmosfera, le inversioni termiche e i fenomeni di miraggio possono deformare l'immagine del corpo celeste e separarne temporaneamente una parte superiore. In quel momento la componente verde può apparire solo come una sottile immagine verde separata dal corpo principale.
Per questo il green flash non è semplicemente "il colore verde prodotto dalla rifrazione": è il risultato della combinazione tra dispersione cromatica e particolari condizioni di propagazione atmosferica.
Perché il fenomeno planetario è particolarmente interessante
Il caso planetario introduce una differenza importante rispetto al Sole.
Il Sole ha un diametro apparente di circa 30 minuti d'arco, mentre Venere può avere un diametro apparente dell'ordine di 1 minuto d'arco. La separazione cromatica prodotta dall'atmosfera è quindi una frazione molto più piccola del diametro solare, ma può comunque essere dell'ordine di alcuni secondi d'arco.
A 10° di altezza, per esempio, una stima semplificata dà circa 2,4″ di separazione tra verde e rosso. Rispetto a un Venere di circa 60″ di diametro, significa una separazione equivalente a qualche percento del diametro apparente del pianeta.
Scendendo verso l'orizzonte, il rapporto aumenta rapidamente.
Questo rende Venere un oggetto estremamente interessante per lo studio del fenomeno attraverso un telescopio o un sistema fotografico ad alta risoluzione.
Non è necessario che il pianeta sia all'orizzonte: Una delle idee più importanti emerse nella discussione è quindi che il raggio verde planetario non deve essere necessariamente associato agli ultimissimi istanti del tramonto.
La dispersione atmosferica è già presente quando il pianeta si trova diversi gradi sopra l'orizzonte. Intorno ai 10° l'atmosfera attraversata dalla luce è già molto più spessa rispetto alla direzione dello zenit: in prima approssimazione, la massa d'aria è diverse volte quella dello zenit.
Di conseguenza, la luce di Venere viene già fortemente influenzata dalla rifrazione e dalla dispersione atmosferica.
Avvicinandosi all'orizzonte, l'effetto aumenta rapidamente e può diventare molto più pronunciato.
E gli altri pianeti?
Il principio non è esclusivo di Venere.
In linea di principio, qualsiasi pianeta sufficientemente luminoso può mostrare una separazione cromatica della propria immagine quando tramonta attraverso l'atmosfera terrestre.
Giove è un candidato molto interessante grazie alla sua elevata luminosità. Marte può diventare abbastanza brillante in prossimità delle opposizioni. Saturno è più debole, mentre Mercurio, pur potendo essere luminoso, è particolarmente difficile da osservare perché rimane generalmente molto vicino al Sole e all'orizzonte.
La difficoltà, quindi, non è semplicemente determinata dal fatto che l'oggetto sia un pianeta anziché il Sole. Contano soprattutto:
- la luminosità apparente;
- il diametro angolare;
- l'altezza sull'orizzonte;
- la trasparenza dell'atmosfera;
- la turbolenza;
- la presenza di strati atmosferici stabili;
- la geometria dell'osservazione;
- la qualità ottica e la risoluzione dello strumento.
Il raggio verde planetario non è quindi soltanto una possibilità teorica. Sono state documentate osservazioni fotografiche di effetti di green flash associati anche a corpi diversi dal Sole, tra cui Venere e Mercurio.
Un'idea fotografica particolarmente interessante
Per Venere si potrebbe immaginare una sequenza fotografica durante la discesa verso l'orizzonte: prima a circa 10°, poi 5°, 2°, 1° e infine negli ultimi istanti prima della scomparsa.
In teoria, la separazione cromatica dovrebbe aumentare progressivamente. A un certo punto, se la struttura dell'atmosfera è favorevole, potrebbero comparire deformazioni, immagini multiple o componenti verdi separate dal disco principale.
Il passaggio dalla semplice dispersione cromatica al vero flash verde sarebbe quindi il risultato dell'interazione tra un effetto ottico relativamente regolare e una struttura atmosferica molto particolare.
Conclusione
Il green flash osservato su un pianeta al tramonto dalla Terra è dunque un fenomeno perfettamente compatibile con la fisica dell'atmosfera terrestre.
La luce di Venere, entrando nell'atmosfera con un angolo molto basso, viene rifratta e dispersa. La componente verde viene deviata leggermente più di quella rossa e questa separazione, già dell'ordine di alcuni secondi d'arco a circa 10° di altezza, cresce rapidamente avvicinandosi all'orizzonte.
Il raggio verde, tuttavia, non è semplicemente la conseguenza della dispersione: per ottenere l'apparizione breve e spettacolare del flash sono importanti anche le condizioni verticali dell'atmosfera e i fenomeni di miraggio.
La particolarità del caso planetario è quindi proprio questa: si può iniziare a osservare l'effetto cromatico quando il pianeta è ancora relativamente alto nel cielo, e seguirne l'evoluzione mentre scende verso l'orizzonte.
Bibliografia nei testi consigliati
