Nuvole iridescenti: come la diffrazione separa i colori

Nuvole dai riflessi colorati possono apparire anche senza pioggia. La loro iridescenza è dovuta alla diffrazione della luce da parte di piccole goccioline o cristalli, un meccanismo diverso da quelli dell’arcobaleno e dell’alone.

Colori rosa, verdi o blu possono disegnarsi su una nuvola senza che piova e senza che c’entri alcuna vernice. Questo fenomeno, chiamato iridescenza, dipende dal modo in cui minuscole goccioline d’acqua o cristalli di ghiaccio diffrangono la luce. Per riconoscerlo, bisogna distinguerlo da altri due spettacoli familiari del cielo: l’arcobaleno e l’alone.

La luce si separa in prossimità delle goccioline

La luce del Sole appare bianca, ma riunisce diversi colori. In una nuvola, quando i suoi raggi incontrano piccole goccioline d’acqua o cristalli di ghiaccio, la luce può essere diffratta: si allarga e devia in prossimità di queste particelle. I diversi colori non si allargano nello stesso modo. Si separano quindi in tonalità talvolta visibili ai bordi o nelle zone più sottili della nuvola.

Le dimensioni delle particelle contano. Secondo il servizio meteorologico neozelandese MetService e la statunitense NOAA, l’iridescenza si manifesta più facilmente quando le goccioline o i cristalli hanno dimensioni simili e prossime alla lunghezza d’onda della luce visibile. La lunghezza d’onda è una proprietà della luce che varia in base al suo colore. Quando le particelle hanno dimensioni abbastanza simili, i loro effetti possono produrre colori percepibili; se invece le loro dimensioni differiscono maggiormente, i colori tendono a mescolarsi.

Anche la nuvola deve lasciar passare una parte della luce. Le nuvole sottili o in formazione sono quindi particolarmente favorevoli: la luce incontra un insieme di particelle senza che lo spessore della nuvola ne nasconda completamente l’effetto. La NOAA cita in particolare gli altocumuli, i cirrocumuli, le nubi lenticolari e i cirri tra i tipi in cui possono verificarsi iridescenze. Il nome della nuvola, da solo, non garantisce tuttavia la comparsa del fenomeno: contano anche le condizioni di trasparenza e la distribuzione delle particelle.

Iridescenza, arcobaleno e alone: tre meccanismi da distinguere

I colori di una nuvola iridescente possono ricordare un arcobaleno, ma i due fenomeni non si formano allo stesso modo. In un arcobaleno, la luce viene rifratta — deviata passando da un mezzo a un altro —, riflessa all’interno delle gocce di pioggia e poi rifratta di nuovo quando ne esce. La geometria di queste gocce e la posizione dell’osservatore rispetto al Sole determinano l’arco visibile.

L’iridescenza, invece, è legata alla diffrazione della luce da parte di piccole particelle nella nuvola. Spesso disegna chiazze di colori vicini tra loro, ai margini della nuvola, anziché un arco regolare. Non richiede la pioggia. Le tonalità possono essere pastello o più marcate, a seconda delle condizioni e del modo in cui sono distribuite le particelle.

L’alone solare è un fenomeno ancora diverso. Si presenta generalmente come un anello o un arco luminoso attorno al Sole ed è associato alla rifrazione della luce nei cristalli di ghiaccio. Un’iridescenza può trovarsi vicino al Sole, ma i suoi colori sono spesso più irregolari e legati a una parte di una nuvola. Una fotografia isolata non è sempre sufficiente a identificare con certezza il fenomeno: la forma, la posizione nel cielo e le nuvole circostanti forniscono indizi.

Perché lo spettacolo non dura?

Devono verificarsi contemporaneamente diverse condizioni: una nuvola abbastanza sottile, particelle di dimensioni adatte e una geometria favorevole tra la nuvola, la luce solare e l’osservatore. Poi la nuvola si sposta e si trasforma. La sua trasparenza e la distribuzione delle goccioline cambiano; i colori possono quindi apparire o svanire rapidamente.

Un episodio segnalato sopra la Bambouseraie de Générargues, nel Gard, illustra questa concomitanza di condizioni. ICI Gard Lozère ha riportato immagini condivise da un’osservatrice su Météo Gard e ha presentato il fenomeno come un’iridescenza. Questo resoconto locale documenta un evento specifico; la spiegazione fisica, invece, si basa sui meccanismi di diffrazione descritti dai servizi meteorologici. Lo stesso aspetto colorato non deve essere automaticamente attribuito all’iridescenza senza tenere conto della forma e del contesto del fenomeno.

Il paragone con una bolla di sapone può aiutare a immaginare riflessi colorati, ma non descrive esattamente il meccanismo delle nuvole iridescenti. In una bolla, i colori risultano da interferenze in un sottile strato di liquido: una parte della luce si riflette sulle diverse interfacce di questo strato e le onde si rafforzano o si annullano a seconda della loro lunghezza d’onda. In una nuvola, la spiegazione messa in evidenza è la diffrazione da parte delle goccioline o dei cristalli. Due fenomeni possono quindi apparire simili all’occhio senza avere la stessa causa ottica.

Osservare senza fissare il Sole

Poiché l’iridescenza si manifesta in una nuvola illuminata dal Sole, può trovarsi in una zona vicina a quest’ultimo. Ciò non giustifica il fatto di guardare direttamente il Sole: l’osservazione a occhio nudo o la ripresa fotografica devono evitare di fissarlo. È meglio concentrare l’attenzione sulle parti colorate della nuvola e interrompere l’osservazione se il Sole entra nella linea dello sguardo.

L’iridescenza rivela così una proprietà discreta della luce: particelle minuscole, quasi impossibili da distinguere singolarmente, possono modificare il modo in cui i suoi colori si distribuiscono. Non è né un arcobaleno senza pioggia né un semplice riflesso decorativo. È un effetto di diffrazione, visibile quando la struttura della nuvola e la geometria dell’illuminazione lo consentono.