Perché il cielo cambia colore al tramonto

Tutti noi, almeno una volta nella vita, ci siamo fermati con il fiato sospeso a contemplare le sfumature infuocate di un tramonto, cercando magari di catturare quel momento effimero con l’obiettivo del nostro smartphone. Che si tratti della cornice romantica di una spiaggia estiva, del profilo frastagliato di una montagna o dello skyline cittadino che si accende di luci al crepuscolo, il passaggio dal rassicurante azzurro diurno a un trionfo di arancioni, rosa, rossi e violacei è senza dubbio uno degli spettacoli visivi più potenti e universali che il nostro pianeta sappia offrirci.

Cosa succede esattamente lassù quando la nostra stella si abbassa sull’orizzonte? La risposta, lontana dall’essere pura magia o capriccio meteorologico, affonda le sue radici nelle affascinanti e rigorose leggi della fisica ottica. È proprio il modo in cui l’involucro gassoso che protegge la Terra interagisce con le onde elettromagnetiche dei raggi solari a trasformare il cielo, minuto dopo minuto, in una vera e propria tela dinamica in continua evoluzione.

Un arcobaleno travestito da luce bianca

Per comprendere questo fenomeno, dobbiamo fare un passo indietro e guardare alla fonte: la luce solare. Anche se ai nostri occhi appare bianca o leggermente giallognola, la luce che arriva dal Sole è in realtà un “pacchetto” che contiene tutti i colori dello spettro visibile. È esattamente lo stesso principio che osserviamo quando un prisma di vetro – o le goccioline d’acqua durante un temporale – scompone un raggio di luce, rivelando l’arcobaleno.

Ogni colore viaggia con un’onda di lunghezza diversa:

• I colori verso il violetto e il blu hanno onde corte e ravvicinate;
• I colori verso il rosso e l’arancione hanno onde lunghe e più distese.

L’atmosfera: un flipper di gas e particelle

Quando questa luce bianca raggiunge la Terra, non trova il vuoto, ma si scontra con la nostra atmosfera: una densa coltre composta principalmente da azoto, ossigeno e innumerevoli particelle in sospensione.

Qui entra in gioco il vero regista del tramonto, un fenomeno fisico noto come Scattering di Rayleigh (o diffusione di Rayleigh), dal nome del fisico britannico che lo spiegò nell’800. Quando la luce colpisce le molecole di gas atmosferico, le onde più corte (blu e violetto) vengono riflesse e disperse in ogni direzione come palline in un flipper. È per questo motivo che, guardando in alto a mezzogiorno, vediamo il cielo azzurro. Le onde più lunghe (giallo, arancione, rosso), invece, sono meno disturbate dagli ostacoli e tirano dritte per la loro strada.

Questione di spessore: perché il rosso vince al crepuscolo?

La vera magia avviene a causa della geometria.

• A mezzogiorno il Sole è a picco sopra le nostre teste. La luce attraversa uno strato atmosferico relativamente sottile. Il blu viene disperso ovunque (colorando il cielo), mentre gli altri colori ci raggiungono quasi intatti;
• Al tramonto il Sole si abbassa sull’orizzonte. Ora, per raggiungere i nostri occhi, i raggi solari devono attraversare uno strato di atmosfera molto più spesso, viaggiando quasi parallelamente alla superficie terrestre.

Questo lungo tragitto funziona come un potentissimo filtro. Durante il percorso prolungato attraverso l’atmosfera, praticamente tutta la luce blu e violetta viene dispersa via, in direzioni che non colpiscono più il nostro occhio. Quelli che riescono a “sopravvivere” alla lunga traversata sono i colori con le lunghezze d’onda maggiori: i gialli, gli arancioni e i rossi intensi.

Più polvere, più spettacolo?

Le sfumature esatte di un tramonto non sono mai uguali a quelle del giorno prima. L’intensità e i colori dipendono molto da ciò che fluttua nell’aria in quel momento.

• Aria pulita e tersa: produce tramonti generalmente tendenti al giallo-arancio;
• Aerosol, polveri o umidità: l’inquinamento, le ceneri vulcaniche o le particelle di fumo causano uno scattering aggiuntivo (spesso chiamato scattering di Mie) che può smorzare la luce solare, ma che allo stesso tempo è in grado di regalare cieli di un rosso scuro e drammatico;
• Nuvole alte: i cirri, situati molto in alto nell’atmosfera, catturano gli ultimi raggi rossi del Sole anche quando questo è già sceso sotto l’orizzonte, riflettendoli verso il basso in uno spettacolo di rosa e magenta mozzafiato.

La prossima volta che vi fermerete ad ammirare il cielo al tramonto, saprete che state guardando un capolavoro di fisica: il risultato di un viaggio spaziale lungo 150 milioni di km e di un’ultima, trionfale corsa attraverso i gas del nostro pianeta.