Perché il tramonto è rosso?

Rosso di sera, bel tempo si spera!

Già, i tramonti rossi hanno ispirato poeti, saggi modi di dire e limoni duri sulle panchine del parco. In questo traboccare di magia può venir da chiedersi: per quale motivo i tramonti sono rossi?

Facile da spiegare, facendo riferimento al fenomeno fisico dello scattering. Quando la luce attraversa l’atmosfera incontra le varie molecole dalle quali è composta. Gli elettroni che fanno parte di queste molecole avvertono la presenza del campo elettromagnetico e si fanno protagonisti di un’emissione secondaria di onde. Rayleigh, premio Nobel per la fisica, ci viene in aiuto per descrivere questo fenomeno:

$I=I_0\frac{8\pi^4\alpha^2}{\lambda^4R^2}(1+\cos^2\theta)$

Che significato ha questa formula? Ci dice semplicemente che l’intensità luminosa diffusa da una molecola ( $I$ ) a distanza $R$ e angolo $\theta$ dipende dall’intensità luminosa incidente ( $I_0$ ), dalla polarizzabilità della molecola stessa ( $\alpha$ ) e dalla lunghezza d’onda della radiazione incidente ( $\lambda$ ). La cosa su cui è bene che poniamo la nostra attenzione è la dipendenza dall’inverso della quarta potenza della lunghezza d’onda $\lambda$ .

La luce che il Sole ci dona ogni giorno è una sovrapposizione di onde luminose aventi molteplici lunghezze d’onda. Nel campo del visibile, si va dal rosso (colore con lunghezza d’onda maggiore) al violetto (colore con lunghezza d’onda minore).

Visto che l’intensità di luce diffusa ha la dipendenza prima descritta, il violetto viene diffuso molto più del rosso! Perché? Immagina di avanzare in un corridoio pieno di persone, “zig-zagando” in direzione perpendicolare a quella in cui ti stai muovendo. Se fossi un fotone di luce rossa, faresti zig-zag in modo modesto e quindi andresti a “sbattere” contro un numero limitato di persone. Dunque, in pochi ti manderebbero al diavolo. Se fossi invece un fotone di luce violetta, ti muoveresti a zig-zag in modo molto più energico (più zig-zag in un’unità di distanza percorsa) e raccoglieresti una quantità maggiore di impatti e insulti.

Questa spiegazione (che semplifica molto la fisica del problema ma che fornisce una prospettiva intuitiva) esplica perché il cielo appare di colore blu/azzurro (sì, appare, non è). La radiazione blu/azzurra viene diffusa dall’atmosfera terrestre molto più di quella rossa, in quanto ha lunghezza d’onda minore. In conseguenza, ci sembra che il colore blu/azzurro venga dal cielo invece che dal Sole, perché le molecole stesse dell’atmosfera diffondono particolarmente queste frequenze e sembrano “le protagoniste” dell’emissione. Al contrario, i colori giallo/rosso vengono diffusi molto meno e quindi ci sembra che provengano direttamente dalla fonte di origine (appunto, il Sole).

Aspetta, aspetta. Se il violetto ha una lunghezza d’onda ancora minore del blu, perché non vediamo il cielo violetto? La risposta risiede in un duplice fatto: i nostri occhi sono più sensibili al colore blu e nello spettro elettromagnetico emesso dal Sole il colore blu è preponderante rispetto al violetto.

Eccoci giunti alla domanda da un milione: perché al tramonto il cielo è rosso? La risposta è semplice. Il Sole al tramonto si trova in una posizione tale per cui i raggi emessi devono attraversare uno spessore maggiore di atmosfera per giungere ai nostri occhi. In questa maggiore distanza, la frazione di luce rossa diffusa non è più trascurabile. Per riprendere il paragone di prima: anche se il tuo zig-zag è modesto, se il corridoio è molto lungo stai sicuro che trovi un alto numero di persone che ti insultano.

Dunque, al tramonto, quello che osserviamo tipicamente per il colore blu avviene anche per il rosso: ci sembra che questo colore venga dal cielo invece che dal Sole. In particolare, se nell’atmosfera ci sono particelle o gocce che contribuiscano al fenomeno di scattering, l’effetto risulta accentuato e possiamo così ammirare i meravigliosi tramonti di questo periodo.

Oserei dire: stellare!

A presto,

Mattia