Fenomeni ottici atmosferici: rifrazione, miraggi e Fata Morgana

La natura della luce

Fino alla prima metà del 1600 si credeva che la luce era costituita di piccolissime particelle che si muovevano dai flussi luminosi e stimolavano la vista. Da qualunque corpo luminoso si possono diramare delle onde luminose sferiche che si diffondono in tutte le direzioni liberamente: si può dunque comprendere che queste onde non sono generate dal movimento di particelle materiali. Nel momento in cui un raggio luminoso si imbatte nella superficie di separazione tra 2 punti con indice di rifrazione differente si ha una rifrazione. Il raggio incidente si divide a sua volta in 2: uno oltrepassa il primo punto con la stessa angolazione del raggio incidente, e l'altro viene deviato nel secondo punto con diversa angolazione. L'indice di rifrazione illustra in quanto tempo il raggio luminoso passa mediante il materiale. Le rapide digressioni dell'indice di rifrazione, in base alla legge di Snell che spiega quanto i raggi sono rifratti quando si insinuano tra due punti, costituiscono variazioni corrispondenti del percorso dei raggi della luce.

Ottica meteorologica e atmosfera

Contingenze di simil natura avvengono nell'atmosfera e la branca di questi fenomeni ottici è detta ottica meteorologica. Nell'atmosfera l'indice di rifrazione cambia in base alla temperatura e pressione e la linea deviata del raggio può essere paragonata ad una linea curva continua. Quando la densità dell'aria si abbassa dal terreno verso il cielo, l'indice di rifrazione scende nello stesso verso e perciò la linea curva andrà verso l'alto, quando invece la densità dell'aria diminuisce dal cielo verso il basso la traiettoria della luce avrà la curvatura che girerà verso il basso.

Miraggi e riflessione totale

Il bagliore delle stelle è generato dalla rifrazione accidentale dei raggi ottici causata dal fatto che anche se l'atmosfera è incolore ciò non indica che sia uniforme che va a determinare variazioni della traiettoria dei raggi. Infatti affinché lo scintillio arrivi alla nostra visione è necessario che oltrepassi il drappo di gas che avvolge la Terra. Essendo calda la superficie della Terra la temperatura degli strati d'aria che risultano più a contatto con il terreno è più alta di quella degli altri strati e di conseguenza la densità atmosferica diminuisce dall'alto verso il basso, a sua volta dunque anche l'indice di rifrazione diminuisce nello stesso verso e il raggio ottico attraversando un oggetto localizzato a una determinata altezza piuttosto elevata e diretto verso il basso si scosterà dalla normale vision ottica. In minima distanza dal suolo il raggio è soggetto alla riflessione totale: verrà prodotta l'immagine dell'obiettivo riflessa al contrario causando la percezione di essere ritratta su uno specchio d'acqua, dal momento in cui il moto convettivo dell'aria calda determina l'oscillazione del riflesso. Questo fenomeno è detto miraggio. In condizioni meteorologiche favorevoli, si scagliano al suolo strati d'aria freddi ricoperti da strati più caldi la cui temperatura si abbassa dal basso verso l'alto e così perciò anche l'indice di rifrazione decrescerà e il percorso della linea curva del raggio andrà verso l'alto, fino a essere sottoposta alla riflessione totale. Si osserverà sempre la riflessione dell'immagine ma a differenza del miraggio in cui gli oggetti appaiono riflessi tali e quali in questo caso sono deformi.

Fata Morgana e fenomeni ottici

Fenomeno conosciuto con il nome di Fata Morgana. Alla comparsa di nuvole a cirri che sono nuvole che si trovano nell'alta troposfera che appaiono come filamenti bianchi collocate le une affianco alle altre, le galaverne di cui sono costituite vanno a dare origine al trasferimento luminoso per rifrazione. Considerando che la radiazione che ottiene più digressione è quella della luce blu, verrà prodotti ai nostri occhi la percezione l'immagine di anelli concentrici blu,che si sviluppano attorno al disco solare o lunare, che andranno a circondare gli anelli di colore rosso. Alla presenza della nebbia , la luce è sottoposta alla diffrazione generata dalle goccioline d'acqua presente in aria. Quando avviene la diffrazione la banda del colore rosso subisce più digressioni che dà luogo ad aloni solari o lunari con anelli rossi che si svilupperanno intorno a quelli blu, fenomeno detto corona solare o lunare.