Rifrazione atmosferica: 5 modi sorprendenti in cui cambia ciò che vediamo
La rifrazione atmosferica è la deviazione della luce causata dall'atmosfera terrestre, che può modificare l'aspetto degli oggetti celesti vicino all'orizzonte. Per esempio, può far apparire la Luna schiacciata o permetterci di vedere il Sole anche quando, geometricamente, si trova sotto l'orizzonte.
Vuoi osservarla di persona? Usa il calendario di Sky Tonight per scoprire quando e dove sorgeranno o tramonteranno il Sole e la Luna nella tua località e cerca questi effetti vicino all'orizzonte. Vediamo da cosa dipende la rifrazione atmosferica e scopriamo cinque modi sorprendenti in cui cambia ciò che vediamo nel cielo, dal Sole appiattito al tramonto al fugace raggio verde.
Contenuti
- 1. Il Sole appiattito
- 2. Alba anticipata e tramonto ritardato
- 3. La Luna appiattita
- 4. Stelle in posizioni apparenti diverse
- 5. Il raggio verde
- Come funziona la rifrazione atmosferica?
Rifrazione atmosferica: domande frequenti
- La rifrazione atmosferica fa scintillare le stelle?
- La rifrazione atmosferica fa sembrare il Sole più grande?
- La rifrazione atmosferica può rendere visibile un oggetto sotto l'orizzonte?
- La rifrazione atmosferica è più forte in inverno?
- Perché il Sole non sorge o tramonta sempre all'orario previsto?
- La rifrazione atmosferica cambia il colore del Sole o della Luna?
- Perché la Luna non scompare durante un'eclissi lunare totale?
- La rifrazione atmosferica si verifica nello spazio?
- La rifrazione atmosferica sostiene la teoria della Terra piatta?
- Rifrazione atmosferica: i punti essenziali
1. Il Sole appiattito
Uno dei modi più semplici per riconoscere la rifrazione atmosferica è osservare le fotografie del Sole al tramonto. Anziché un cerchio perfetto, il Sole può sembrare un ovale appiattito. Questo accade perché la luce proveniente dalla parte inferiore del Sole subisce una rifrazione maggiore rispetto a quella della parte superiore.
Quando il Sole si avvicina all'orizzonte, la luce proveniente dal suo bordo inferiore attraversa strati più densi dell'atmosfera, lungo un percorso che produce una rifrazione maggiore. Il bordo inferiore viene quindi spostato verso l'alto più di quello superiore. Di conseguenza, il diametro verticale apparente del Sole si riduce, mentre quello orizzontale rimane quasi invariato.
L'effetto può diventare particolarmente evidente quando gli strati d'aria vicino all'orizzonte hanno temperature molto diverse. Queste differenze possono deviare la luce solare in modo non uniforme, facendo apparire il disco solare allungato, suddiviso in segmenti o persino sdoppiato.
Un esempio particolarmente interessante è il Sole omega, in cui il Sole al tramonto assomiglia alla lettera greca Ω. Il fenomeno si verifica quando la rifrazione atmosferica crea un'immagine capovolta del Sole sotto quella reale e le due sembrano unirsi vicino all'orizzonte.
Prova tu: Confronta una fotografia del Sole vicino all'orizzonte con una scattata quando è più alto nel cielo. La differenza di forma potrebbe sorprenderti. Per fotografare o osservare il Sole, usa sempre filtri solari adeguati e metodi di osservazione sicuri.
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2. Alba anticipata e tramonto ritardato
Ecco un fatto sorprendente: quando vedi comparire il primo lembo del Sole all'alba, l'intero disco solare potrebbe essere ancora geometricamente sotto l'orizzonte. La rifrazione atmosferica devia la luce del Sole, facendolo apparire più alto rispetto alla sua posizione reale. Lo stesso effetto si verifica al tramonto e permette al Sole di restare visibile anche dopo essere sceso geometricamente sotto l'orizzonte.
In rari casi, questo effetto può essere davvero spettacolare. Un esempio è l'effetto Novaja Zemlja, descritto da esploratori artici nel 1597. Una forte inversione termica, con aria più calda sopra uno strato più freddo vicino alla superficie, può deviare la luce solare lungo la curvatura terrestre, rendendo visibile il Sole prima della normale conclusione della notte polare. Il Sole può anche apparire insolitamente allungato o suddiviso in fasce orizzontali.
Prova tu: Metti una moneta sul fondo di una tazza vuota e opaca. Abbassa gli occhi finché il bordo della tazza nasconde completamente la moneta. Senza muovere la testa, versa lentamente dell'acqua nella tazza. La moneta ricomparirà a poco a poco! Questo accade perché la luce proveniente dalla moneta cambia direzione passando dall'acqua all'aria e riesce a raggiungere i tuoi occhi, anche se il bordo della tazza continua a impedire la visione diretta. In modo analogo, l'atmosfera terrestre devia la luce solare, rendendo visibile il Sole anche quando è già sotto l'orizzonte.
Di quanto la rifrazione atmosferica allunga il giorno?
Per effetto della rifrazione atmosferica, il Sole sembra sorgere qualche minuto prima e tramontare qualche minuto dopo rispetto a quanto accadrebbe se la Terra non avesse un'atmosfera. La differenza esatta dipende dalla latitudine, dalla stagione e dalle condizioni atmosferiche.
C'è un altro dettaglio importante: alba e tramonto sono definiti dal momento in cui il bordo superiore del Sole compare o scompare all'orizzonte, non dal passaggio del suo centro.
I calcoli astronomici tengono generalmente conto di due effetti:
- Rifrazione atmosferica: Circa 34′ vicino all'orizzonte.
- Raggio apparente del Sole: Circa 16′.
Insieme, questi due effetti spiegano perché alba e tramonto vengono normalmente calcolati per il momento in cui il centro geometrico del Sole si trova circa 50′ (0,83°) sotto l'orizzonte.
Questo spiega anche una curiosità degli equinozi. Sebbene l'equinozio venga comunemente descritto come un giorno con 12 ore di luce e 12 ore di buio, nella maggior parte delle località le ore di luce sono in realtà poco più di 12. La rifrazione atmosferica rende infatti il Sole visibile più a lungo, mentre l'uso del suo bordo superiore per definire alba e tramonto aggiunge altro tempo di luce.
3. La Luna appiattita
Anche la Luna è un ottimo soggetto per osservare la rifrazione atmosferica. Quando la Luna piena sorge o tramonta, a volte appare visibilmente appiattita, soprattutto lungo il bordo inferiore.
La spiegazione è la stessa che per il Sole: la parte inferiore della Luna viene spostata verso l'alto più di quella superiore. Le condizioni atmosferiche possono anche far apparire il bordo lunare ondulato, irregolare o insolitamente deformato.
Prova tu: Trova un luogo con l'orizzonte libero e osserva la Luna piena mentre sorge o tramonta. Cerca una forma leggermente appiattita o bordi irregolari. Man mano che la Luna sale, il suo disco dovrebbe apparire più rotondo e meno deformato.
La rifrazione atmosferica fa sembrare la Luna più grande?
No! È uno degli equivoci più comuni sulla rifrazione atmosferica.
La Luna sembra spesso enorme quando è vicina all'orizzonte, soprattutto se la vediamo sopra edifici, alberi o montagne. Questo fenomeno, chiamato illusione lunare, dipende però principalmente dal modo in cui il nostro cervello interpreta le informazioni visive.
La normale rifrazione atmosferica non ingrandisce la Luna: ne comprime solo leggermente il diametro verticale vicino all'orizzonte. La prossima volta che la Luna ti sembrerà gigantesca all'orizzonte, ricorda: la sua grandezza apparente è in gran parte un'illusione, ma la forma appiattita è un vero effetto atmosferico.
Prova tu: Fotografa la Luna piena poco dopo il suo sorgere, poi scatta un'altra foto quando è più alta nel cielo, durante la stessa notte. Usa la stessa fotocamera e la stessa lunghezza focale e confronta i diametri orizzontale e verticale della Luna senza ridimensionare nessuna delle due immagini. In condizioni normali, la larghezza rimane quasi invariata, mentre l'altezza è minore vicino all'orizzonte. L'appiattimento rivela la rifrazione; la larghezza pressoché invariata mostra che la familiare impressione di una Luna gigantesca all'orizzonte è un'illusione.
4. Stelle in posizioni apparenti diverse
A causa della rifrazione atmosferica, le stelle appaiono leggermente più alte rispetto alle loro posizioni geometriche. L'effetto è più forte vicino all'orizzonte, dove una stella può persino restare visibile quando è già geometricamente sotto l'orizzonte.
Di solito lo spostamento è troppo piccolo per modificare in modo evidente le forme familiari delle costellazioni, ma è importante per le misurazioni astronomiche precise.
La rifrazione atmosferica può anche modificare leggermente la separazione apparente tra gli oggetti celesti durante le congiunzioni, soprattutto quando si trovano ad altezze diverse. Può influire anche sulle osservazioni precise delle occultazioni.
5. Il raggio verde
Uno degli effetti più affascinanti associati alla rifrazione atmosferica è il raggio verde: una breve comparsa di luce verde sul bordo superiore del Sole, talvolta visibile all'alba o al tramonto.
Il raggio verde di solito non assomiglia al lampo spettacolare che potresti aver visto in Pirati dei Caraibi. Più spesso appare come una piccola macchia verde o una striscia separata dal bordo superiore del Sole. Le forme più comuni durano circa uno o due secondi, anche se alcune varianti rare possono durare fino a circa 15 secondi.
Sebbene i raggi verdi siano più comunemente associati al Sole, possono verificarsi anche vicino ai bordi della Luna e di pianeti luminosi come Venere e Mercurio. Questi bagliori sono molto più difficili da osservare, ma sono stati fotografati.
Perché si verifica il raggio verde?
La luce solare contiene diversi colori e l'atmosfera terrestre devia ciascun colore in misura leggermente diversa. Le lunghezze d'onda più corte, come quelle della luce blu e verde, subiscono una rifrazione maggiore rispetto alle lunghezze d'onda più lunghe del rosso. Questa separazione dei colori dovuta alle differenze di rifrazione si chiama dispersione atmosferica.
Al tramonto, la luce rossa e quella gialla scompaiono per prime sotto l'orizzonte, perché subiscono una rifrazione minore. La luce verde viene deviata di più e può quindi restare visibile per un istante ancora. La luce blu e quella viola vengono deviate ancora di più, ma gran parte di questa luce viene diffusa dall'atmosfera in altre direzioni. Di conseguenza, il verde è di solito l'ultimo colore che riusciamo a vedere chiaramente prima che il Sole scompaia. Nelle forme più comuni di raggio verde, un miraggio ingrandisce il sottilissimo bordo verde, rendendolo visibile. Per una spiegazione più dettagliata, consulta questa guida scientifica ai raggi verdi.
Come osservare il raggio verde?
È più probabile osservare il raggio verde quando:
- L'orizzonte è libero da ostacoli, per esempio sull'oceano.
- L'atmosfera è relativamente trasparente, con poca foschia o poche nuvole vicino all'orizzonte.
- Il Sole al tramonto appare insolitamente deformato vicino all'orizzonte: questo può indicare differenze di temperatura favorevoli tra gli strati d'aria.
- Il Sole sta per scomparire sotto l'orizzonte.
I raggi verdi possono verificarsi anche all'alba, ma generalmente sono più difficili da cogliere, perché bisogna sapere con precisione dove comparirà il Sole.
Avvertenza di sicurezza: Non fissare mai il Sole quando è luminoso e non osservarlo attraverso binocoli, telescopi o obiettivi fotografici privi di filtri. Per le osservazioni solari dirette, usa protezioni certificate e filtri solari adeguati.
Vuoi conoscere altri fenomeni insoliti del cielo? Scopri altri effetti astronomici che puoi osservare di giorno.
Come funziona la rifrazione atmosferica?
L'atmosfera terrestre è formata da strati d'aria di diversa densità, che generalmente aumenta avvicinandosi al suolo. Quando la luce attraversa questi strati, la sua direzione cambia leggermente. I nostri occhi interpretano la luce in arrivo come se si fosse propagata in linea retta: per questo gli oggetti celesti appaiono più alti rispetto alle loro posizioni reali.
L'effetto è più forte vicino all'orizzonte, dove la luce attraversa una porzione maggiore dell'atmosfera. In condizioni tipiche, la rifrazione può spostare verso l'alto un oggetto all'orizzonte di circa 34 minuti d'arco (0,57°), poco più del diametro apparente della Luna piena.
Ecco come cambia l'effetto in base all'altezza apparente di un oggetto, cioè a quanto sembra alto sopra l'orizzonte:
| Altezza apparente | Rifrazione approssimativa |
|---|---|
| 0° (orizzonte) | 34′ |
| 5° | 10′ |
| 10° | 5′ |
| 20° | 3′ |
| 45° | 1′ |
| 90° (zenit) | 0′ |
I valori sono approssimativi. La rifrazione effettiva dipende dalla temperatura dell'atmosfera, dalla pressione e da altre condizioni.
Un minuto d'arco (′) corrisponde a 1/60 di grado. Per capire meglio queste misure, consulta la nostra infografica su come misurare le distanze nel cielo.
Rifrazione atmosferica: domande frequenti
La rifrazione atmosferica fa scintillare le stelle?
Sì, ma indirettamente. Le stelle scintillano perché l'aria turbolenta modifica continuamente il modo in cui la loro luce viene rifratta, facendole apparire tremolanti. Questo è diverso dalla normale rifrazione atmosferica, che ne sposta le posizioni apparenti. Scopri di più sul perché le stelle scintillano nel nostro articolo dedicato.
La rifrazione atmosferica fa sembrare il Sole più grande?
No. La normale rifrazione atmosferica fa generalmente apparire il Sole leggermente appiattito, non più grande. Il suo bordo inferiore viene spostato verso l'alto più di quello superiore.
La rifrazione atmosferica può rendere visibile un oggetto sotto l'orizzonte?
Sì. La rifrazione può deviare la luce di un oggetto geometricamente sotto l'orizzonte fino a farla giungere all'osservatore. Ecco perché il Sole può restare visibile per un breve periodo dopo che la sua posizione geometrica è passata sotto l'orizzonte.
La rifrazione atmosferica è più forte in inverno?
Non necessariamente, anche se un'aria più fredda e densa può aumentare la rifrazione a parità delle altre condizioni. L'effetto dipende dalla pressione atmosferica, dalla temperatura e da come la densità dell'aria varia con l'altitudine. Brusche variazioni di temperatura e inversioni termiche possono anche produrre una rifrazione insolitamente forte.
Perché il Sole non sorge o tramonta sempre all'orario previsto?
I calcoli degli orari di alba e tramonto presuppongono condizioni atmosferiche medie e un orizzonte piano. Nella realtà, le variazioni della temperatura dell'aria possono influire sulla rifrazione: per questo l'orario osservato può differire dalla previsione di un minuto o più, anche con un orizzonte marino libero. Colline, montagne e altitudine del luogo di osservazione possono causare differenze ancora maggiori. Quando pianifichi le osservazioni con le app di astronomia, preparati qualche minuto prima dell'orario previsto.
La rifrazione atmosferica cambia il colore del Sole o della Luna?
La rifrazione atmosferica può separare leggermente i colori, come nel raggio verde. Tuttavia, il familiare aspetto arancione o rosso del Sole e della Luna vicino all'orizzonte è causato soprattutto dalla diffusione atmosferica, non dalla rifrazione. Quando la luce solare o lunare attraversa un tratto più lungo dell'atmosfera, le lunghezze d'onda più corte vengono diffuse in altre direzioni in misura maggiore, lasciando predominare i colori più caldi.
Perché la Luna non scompare durante un'eclissi lunare totale?
Durante un'eclissi lunare totale, la Terra impedisce alla luce solare diretta di raggiungere la Luna. Tuttavia, l'atmosfera terrestre devia parte della luce solare all'interno del cono d'ombra, permettendole di raggiungere la superficie lunare. Allo stesso tempo, la diffusione atmosferica elimina gran parte della luce blu, dando alla Luna il suo aspetto rossastro. Scopri di più nella nostra guida alle eclissi lunari.
La rifrazione atmosferica si verifica nello spazio?
La rifrazione astronomica richiede un'atmosfera o un altro mezzo attraverso cui la luce possa deviare. Nel vuoto dello spazio non c'è rifrazione atmosferica. La luce può comunque cambiare direzione nello spazio per effetto della gravità: un fenomeno del tutto diverso, chiamato lente gravitazionale.
La rifrazione atmosferica sostiene la teoria della Terra piatta?
No. Alcuni sostenitori della Terra piatta affermano che la rifrazione atmosferica spieghi perché gli oggetti lontani scompaiono sotto l'orizzonte o perché il Sole sembra tramontare. Queste spiegazioni, però, non corrispondono al modo in cui la luce viene realmente deviata dall'atmosfera terrestre. La rifrazione può far apparire gli oggetti più alti rispetto alle loro posizioni reali, ma non elimina gli effetti della curvatura terrestre. Scopri altre prove nel nostro articolo sui 7 modi per dimostrare che la Terra è rotonda.
Rifrazione atmosferica: i punti essenziali
La rifrazione atmosferica è un effetto piccolo ma importante che cambia il modo in cui vediamo il cielo. Fa apparire gli oggetti celesti più alti rispetto alle loro reali posizioni geometriche, appiattisce il Sole e la Luna vicino all'orizzonte e ci regala un po' di luce diurna in più. In condizioni particolari può persino produrre fenomeni ottici spettacolari, come il raggio verde.
Per chi osserva il cielo, la regola più utile è semplice: più un oggetto è basso sull'orizzonte, più l'atmosfera terrestre ne influenza l'aspetto. Usa Sky Tonight per seguire gli oggetti celesti mentre si muovono nel cielo. Osservali vicino all'orizzonte per vedere la rifrazione in azione oppure più in alto per ridurne al minimo gli effetti.
