Se facessimo un sondaggio chiedendo se le stelle sono sopra le nostre teste anche in pieno giorno o compaiono soltanto di notte, sicuramente tutti risponderebbero che ci sono anche di giorno, ma che semplicemente non possiamo vederle se non al calare della sera. Chiedendo il perché, però, scommetto che la maggior parte degli intervistati – ritenendo anche la domanda piuttosto banale – risponderebbe che è perché c’è la luce del Sole; almeno, per esperienza, ricevo quasi sempre questa risposta. Che non è sbagliata, ma è incompleta. La luce del Sole da sola non basterebbe per nascondere le stelle. Diciamo che la luce solare è uno dei due ingredienti che ci spiegano il fenomeno; l’altro è qualcosa di cui in quanto esseri umani abbiamo un disperato bisogno, ma che risulta un po’ una seccatura quando vogliamo osservare il cielo: l’atmosfera. Possiamo visualizzarla come un guscio di gas che incapsula il nostro pianeta e che offre indubbiamente vantaggi innumerevoli: contiene tutti gli elementi necessari per la respirazione, garantisce le condizioni di pressione, temperatura e clima adatte alla nostra sopravvivenza, ci protegge dalle radiazioni nocive del Sole e dagli impatti meteorici.
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La diffusione atmosferica
Ma quindi cosa c’entra in tutto questo l’atmosfera? L’atmosfera interagisce con la luce, dando origine – tra gli altri – a un fenomeno detto diffusione Rayleigh.
Partiamo col dire che la luce può essere rappresentata come un’onda elettromagnetica, per la quale possiamo indicare una lunghezza d’onda (indicata con la lettera greca 𝜆, lambda), ossia la distanza tra due picchi della sua forma d’onda.
Tutt’intorno alla Terra si trova l’atmosfera, e l’atmosfera terrestre è densa e fatta di atomi e particelle minuscole, molto più piccole della lunghezza d’onda che compone la luce del Sole. Per questo motivo, quando la luce solare proveniente dalla nostra stella interagisce con le particelle dell’atmosfera si ha il fenomeno della diffusione: la luce viene deviata in tutte le direzioni e l’intero cielo – e non soltanto il disco solare – appare luminoso, impedendoci di vedere le stelle. Occorre aspettare che l’interazione della luce con l’atmosfera diventi trascurabile – cosa che avviene un certo tempo dopo il tramonto – per vederle comparire sulla volta celeste. Questo vale fino a che rimaniamo sulla superficie del nostro pianeta; basterebbe alzarsi oltre l’atmosfera – ad esempio ai 400 km medi di quota della Stazione Spaziale Internazionale – per osservare il Sole senza che questo ci copra la vista di tutte le altre stelle.
Il colore del cielo
Immediatamente collegato a quanto abbiamo appena detto, c’è la questione del colore del cielo durante il giorno: perché è azzurro? Ma sempre a causa dell’atmosfera, ovviamente! L’intensità della luce diffusa tramite diffusione Rayleigh è inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda della radiazione; di conseguenza, viene deviata meglio la luce con lunghezza d’onda più corta, cioè quella “blu”. Ma la componente con 𝜆 minore non sarebbe quella “viola”? Sì, in effetti questo è teoricamente vero, ma in questo caso entrano in gioco due fattori: da una parte la composizione della luce emessa dal Sole – che contiene meno fotoni “viola” rispetto a quelli “blu” – e dell’altra la nostra biologia, a causa della quale l’occhio umano è meno sensibile al colore viola. Quest’ultimo punto in particolare, badate bene, non è un caso, poiché nel processo di evoluzione, l’uomo ha sviluppato maggiore sensibilità esattamente in quella parte della radiazione visibile in cui l’emissione solare è più intensa.
L’effetto al tramonto
Potreste obiettare però che il cielo non sempre è blu. Vi propongo allora un quiz: che cosa sono queste due immagini?
La prima è chiaramente un tramonto; ma la seconda? È un tramonto anche quello; ma fotografato dove? Quando durante gli eventi in planetario, pongo ai ragazzi questa stessa domanda, aggiungo che il primo è un tramonto terrestre, solitamente le mani scattano in aria e c’è sempre qualcuno che risponde che la seconda immagine viene dalla Luna. Ma dalla Luna non può essere, perché alla Luna manca un’atmosfera e quindi sulla sua superficie non può avvenire il fenomeno della diffusione.
La seconda immagine viene da Marte, e ci è stata restituita dai vari rover in perlustrazione sul suolo marziano. La grande differenza con il nostro pianeta sta però nella composizione della sua atmosfera, più rarefatta e molto più polverosa. È proprio la presenza di polvere che mette in moto un altro tipo di diffusione, la diffusione di Mie, che si verifica quando appunto le particelle sono di dimensioni comparabili o più grandi rispetto alla lunghezza d’onda della luce. Questo diverso tipo di diffusione non favorisce un “colore” rispetto a un altro, ma la combinazione con la composizione delle polveri presenti in sospensione nell’atmosfera, rende il cielo di colore rosso/arancione durante il giorno.
Per quale motivo però il cielo cambia colore al tramonto, sia sulla Terra che su Marte? Perché al tramonto, poiché il Sole si trova al di sotto dell’orizzonte, la luce deve attraversare in entrambi i casi uno strato maggiore di atmosfera, e questo fa sì che la luce – “blu” sul nostro pianeta e “rossa” su Marte – venga diffusa ancora di più, lasciando arrivare ai nostri occhi anche gli altri colori dello spettro visibile.
La cosa davvero straordinaria è che un fenomeno che diamo per scontato fin da bambini, come il fatto che le stelle non si vedano di giorno, è in realtà il punto di partenza per spiegare molti altri effetti che osserviamo nel cielo. Come, per esempio, perché il cielo notturno ci appare sempre diverso durante il corso dell’anno. Ma questa è un’altra storia… e ricordate: anche le domande più semplici nascondo dettagli inaspettati.
