L’alone e gli altri fenomeni ottici solari e lunari
Giovedì 17 maggio 2018, gli abitanti di parte della Calabria (precisamente del cosentino, crotonese e catanzarese) hanno avuto la fortuna di assistere a un evento non molto frequente: sollevando il naso in cielo hanno osservato questo magnifico scenario:
il sole circondato da un “misterioso” cerchio multicolore!
Sui social non sono mancati commenti impauriti, sospesi tra l’apocalittico e il mistico, nonchè gli immancabili complotisti.
In realtà quello degli “aloni” è un fenomeno ottico ben conosciuto da anni che non ha nulla di inquietante nè di misterioso: quindi bando a fantasie, incubi, sospetti e godiamoci questo meraviglioso spettacolo che la natura ci offre gratis! E per goderlo al meglio, cerchiamo anche di capire il perché della sua apparizione.
In primis è necessario dire subito che quello degli “aloni” non è un fenomeno che si presente solo nella forma che parte dei calabresi hanno potuto ammirare qualche ora fa: in realtà esistono tantissimi tipi di “aloni”. I più frequenti sono di seguito elencati, con associata una foto esemplificativa:
– “alone 22°” (in inglese: “22° halo”) – foto di Giuseppe Caprara da Villapiana (CS) frazione Lido, il 17 maggio 2018: si noti che, partendo dal bordo interno del cerchio e procedendo verso l’esterno, il bordo stesso assume colori che vanno dal rosso al blu;
– “parelio” o “cani solari” (in inglese: “parhelia” o “sun dogs”) – foto tratta da wikipedia. N.b. se è causato dai raggi lunari si chiama “paraselenio“;
– “cerchio parelico” (in inglese: “parhelic circle”) – foto tratta da: www.atoptics.co.uk;
– “arco tangente” (in inglese: “tangent arcs”) – foto tratta da: www.atoptics.co.uk;
– “pilastro di luce” (in inglese: “pillars”) – foto tratta da: www.atoptics.co.uk;
– “arco circumzenitale” (in inglese: “circumzenithal arc”) – foto tratta da: www.atoptics.co.uk;
– “alone circumorizzontale” (in inglese: “circumhorizon”) – foto tratta da: www.atoptics.co.uk;
Oltre a queste tipologie comuni, ne esistono altre meno frequenti come:
– “alone 46°” (in inglese: “46° halo”) – foto tratta da: www.halo.astronomie.cz/en/atlas.php, nella forma di un cerchio più grande (che circoscrive l’alone 22°) che normalmente è più sfocato, meno evidente e che non presenta la successione di colori tipica dell’alone 22°;
– “archi sopralaterali e infralaterali” (in inglese: “supralateral/infralateral arcs”) – la prima foto è di Lilli e Franco Mazzulla da San Fili (CS) il 17 maggio 2018; la seconda foto è di Brunella Victor da Montalto Uffugo (CS) il 17 maggio 2018;
– “archi parry” (in inglese: “parry arcs”);
– ed altri: “archi Lowitz“, “archi Moilanen“, “arco Kern“, etc…
Per avere un quadro quasi completo, di seguito mostriamo le seguenti due foto riportate dal NOAA e da www.reddit.com con le discalie per la corretta individuazione delle tipologie di aloni più importanti:
La formazione degli aloni
Quello degli “aloni” è un fenomeno ottico che si verifica quando i raggi solari (o lunari) incontrano le particelle di ghiaccio che costituiscono le nubi subendo il fenomeno di rifrazione il quale, lo si ricorda, in generale consiste nella deviazione che subiscono le onde (elettromagnetiche (tra cui i raggi solari), sonore, etc) quando passano da un mezzo ad un altro caratterizzato da differente velocità di propagazione.
A volte, nel cielo, sono presenti alcune nubi d’alta quota come i cirrostrati (tra 6000 e 12000 m slm), presenti effettivamente il 17 maggio sul cielo calabrese, costituite da cristalli di ghiaccio che nella maggioranza dei casi hanno la forma di prismi esagonali, del tipo “piatto” o a “colonna” o “piramidale”, come visibile dalla figura di seguito riportata, tratta da www.atoptics.co.uk. Tali cristalli, all’interno delle nubi, tendono ad allinearsi in modi peculiari: ad esempio i cristalli piatti cadono con la faccia piatta disposta in senso sub-orizzontale, così come quelli a “colonna” si dispongono ancora una volta in senso orizzontale con il loro asse più lungo .
Le tipologie di cristallo presenti e l’allineamento prevalente assunto dagli stessi, favoriscono determinati angoli di incidenza dei raggi solari (o lunari) sui cristalli che, pertanto, seguono appositi “percorsi” prima di “uscir fuori” dal cristallo stesso: ed è proprio in relazione al tipo di percorso a cui sono stati costretti i raggi, che si generano tipi differenti di alone.
Si noti che solo i cristalli di ghiaccio con dimensione superiore a 0,05 mm rifrangono e riflettono i raggi luminosi in modo tale da provocare la formazione di un alone: la dimensione ideale per la generazione di aloni “perfetti” è di circa 0,1 mm. Particelle con dimensione inferiori a 0,01 mm (10 micron) tendono a diffrangere i raggi solari provocando aloni deboli e diffusi.
Formazione dell’alone 22°
Questo tipo di alone si forma quando il raggio incidente passa attraverso due facce laterali del prisma inclinate fra di loro di 60°: tale raggio, passando attraverso il cristallo, viene deviato di un angolo variabile tra i 22° e i 50°: in particolare la maggior parte dei raggi viene deviata a 22° che è anche l’angolo di minima deviazione.
Come detto l’angolo di deviazione non potrà essere inferiore a questi 22°, di conseguenza, una parte consistente di cristalli devierà i raggi solari in modo tale da non raggiungere l’occhio dell’osservatore (si veda figura successiva tratta da wikipedia): questa zona rappresenta l’interno dell’alone che, escludendo il sole al centro, appare quindi più scuro del cielo circostante. I cristalli che stanno al confine con tale zona scura, invece, rifrangono la luce solare proprio in modo tale da raggiungere l’occhio dell’osservatore, brillando e generando l’alone circolare.
Da quanto detto risulta evidente come l’alone sia diverso a seconda della posizione dell’osservatore, perchè cambiando la sua posizione diversi saranno i cristalli che devieranno la luce proprio nel suo occhio.
In particolare il nome “alone 22°” deriva dal fatto che l’angolo formato dalla retta che congiunge l’occhio dell’osservatore con il sole, e la retta che congiunge lo stesso occhio con un punto qualunque dell’alone, è proprio 22°, come mostrato dalla seguente illustrazione tratta da http://turningmirrors.com:
Si noti che il minimo angolo di deviazione di 22°….non è precisamente 22°! In realtà è un po’ più piccolo e varia a seconda della lunghezza d’onda nello spettro del raggio incidente: in particolare la luce rossa viene deviata con un angolo pari a 21,54° mentre quella blu a 22,37°. Insomma la luce blu viene deviata in misura maggiore, operando una vera e propria scomposizione del raggio incidente: ecco perchè il bordo dell’alone appare rosso all’interno e blu all’esterno!
Si noti, infine, che l’alone circolare o “alone 22°” è favorito quando sono presenti cristalli a colonna scarsamente allineati, cioè inclinati in maniera molto differente rispetto alla loro posizione di equilibrio.
Formazione di altri tipi di alone
Come si è anticipato, i differenti tipi di alone si formano in dipendenza della forma dei cristalli (piatti, a colonna o piramidali), dell’allineamento di equilibrio, e dell’angolo di incidenza del raggio solare (o lunare). Di seguito si sintetizzano le condizioni sotto le quali si formano i differenti tipi di alone:
– cristalli piatti: i raggi che passano attraverso le facce verticali dei prismi inclinate di 60° fra di loro, formano i “cani solari” o “pareli“; i raggi che passano attraverso una delle larghe facce orizzontali e una faccia laterale, formano gli archi circumzenitali e l’alone circumorizzontale. La riflessione dalle facce verticali contribuisce ai “cerchi parelici”. Quella dalle facce orizzontali i “pilastri di luce”.
– cristalli a colonna: i raggi che passano le facce laterali del prisma formano gli “archi tangente“; i raggi che passano la faccia laterale e quella basale formano gli “archi supra/infralaterali“. La riflessione dalle facce verticali basali contribuiscono a formare i “cerchi parelici“, mentre quella delle facce laterali i “pilastri di luce“.
Ovvero, indicati con numeri le facce dei prismi (riservando a 1 e 2 le facce basali, e a 3, 4, 5, 6, 7 e 8 le facce laterali che formano fra di loro angoli di 60°) i differenti tipi di alone sono formati dai seguenti percorsi (figura tratta da: www.atoptics.co.uk):
arco circumzenitale (cristallo piatto) 1 –> 3
cani solari (cristallo piatto) 3 –> 5 oppure 3–>7
arco tangente (cristallo colonna) 3 –> 5
arco supralaterale (cristallo colonna) 3 –>1
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