Perché Sole e Luna si tingono di rosso all’alba e al tramonto?

Sebbene si tratti di un fenomeno molto frequente, tante persone rimangono “sorprese” quando vedono Sole e Luna assumere sull’orizzonte (sia che si tratti di un’alba o di un tramonto) un intenso colore rosso e si chiedono il perché. Proviamo a spiegarlo in questo articolo.

Sunset — Il Sole si tinge di rosso per effetto dell'assorbimento atmosferico della sua radiazione maggiore nel viola che nel blu.

Per spiegare il colore rosso che Sole e Luna assumono durante l’alba e il tramonto si deve procedere per gradi, iniziando dal Sole. Innanzitutto serve prima conoscere una proprietà della luce solare ed una proprietà dell’atmosfera terrestre. La loro combinazione con una proprietà geometrica dell’atmosfera produce l’effetto osservato.

La luce solare

Il Sole è una stella e, come tutte le stelle, ha una sorgente interna di energia. L’energia continuamente prodotta all’interno via via raggiunge la superficie e da questa viene successivamente emessa sotto forma di radiazioni (o onde) elettromagnetiche.

Il Sole emette energia sotto forma di onde elettromagnetiche che, viaggiando nello spazio, raggiungono la Terra e la riscaldano.

La radiazione emessa dal Sole è di colori diversi, colori che vanno dal rosso al violetto. La radiazione rossa è la meno energetica, quella verde un po’ più, quella gialla ancor di più, e così via passando per tutti i colori fino alla radiazione violetta che è la più energetica.

Esemplificazione di come lo spessore di atmosfera attraversata dai raggi solari cambi in base alla posizione del Sole: minimo spessore allo zenit e massimo spessore all'orizzonte.

Di tutti i colori emessi dal Sole il più intenso è il giallo. Infatti, il Sole è classificato come una stella nana gialla. Il fatto che il Sole emetta soprattutto radiazione gialla dipende dalla sua temperatura superficiale di circa 6000 gradi. Le stelle molto più fredde emettono soprattutto radiazione rossa, quelle molto più calde emettono soprattutto radiazione blu.

Ma il Sole emette anche radiazioni che l’occhio umano non riesce a vedere; emette le radio onde (le meno energetiche) come emette anche onde ultraviolette (raggi UV) e onde X (le più energetiche). Tuttavia, il grosso della radiazione emessa dal Sole è proprio quella visibile e colorata.

Non è un caso che l’occhio umano nel corso dell'evoluzione abbia raggiunto la massima sensibilità alle radiazioni maggiormente emesse dal Sole. Per spiegare meglio, se la radiazione maggiormente emessa dal Sole fossero i raggi X, l’occhio umano si sarebbe sviluppato in modo da vedere i raggi X, mentre le onde colorate sarebbero state per lui invisibili.

L’aspetto importante da capire è che quando l’insieme di tutti i colori emessi dal Sole, dal rosso al violetto, raggiungono contemporaneamente e mescolati la retina dell’occhio l’effetto è di produrre il colore bianco.

La luce solare, sebbene composta di tutti i colori, è una luce bianca.

Questa è la prima importante proprietà da tenere a mente per capire il fenomeno del Sole e della Luna rossi.

L’atmosfera terrestre

L’atmosfera che ricopre la superficie terrestre è formata da aria e vapore d’acqua. Sappiamo che l’aria è principalmente composta da azoto e ossigeno. Questi gas hanno la proprietà di assorbire la radiazione solare.

Tuttavia, non tutti i colori della radiazione solare vengono assorbiti in ugual misura. I gas in atmosfera assorbono di più i colori più energetici (in ordine violetto, indaco, blu, verde) e via via in misura minore quelli meno energetici (giallo, arancione, rosso).

L'assorbimento è più precisamente un processo di diffusione, durante il quale la molecola di aria assorbe la radiazione solare e la riemette, ma in tutte le direzioni. Meno del 10% della radiazione iniziale viene riemessa nella direzione iniziale, più del 90% viene deviata in altre direzioni Quindi, l’effetto dell'assorbimento atmosferico è sostanzialmente quello di cambiare la direzione della radiazione solare.

Immaginando di guardare direttamente il Sole (da non fare assolutamente!!) i raggi che vengono dalla direzione del Sole (dal suo disco), vengono assorbiti e riemessi, ma in altra direzione, per cui non arrivano all’occhio.

Il fattore geometrico

A questo punto, una volta capita come è costituita la luce bianca e capito come l’atmosfera assorba con diversa efficienza i diversi colori, entra in gioco il fattore geometrico.

L’atmosfera terrestre la si può paragonare ad un guscio sferico di spessore costante che copre la superficie terrestre. Lo spessore dell’atmosfera tuttavia cambia in base alla direzione. Se guardo sopra la mia testa (verso lo zenit), lo spessore dell’atmosfera è minimo. Tuttavia, se guardo via via verso l’orizzonte lo spessore di atmosfera che i raggi solari devono attraversare aumenta, prima lentamente e alla fine molto rapidamente, fino a diventare massimo proprio sopra l’orizzonte.

Quando il Sole è vicino l’orizzonte i suoi raggi attraversano uno strato di atmosfera ben maggiore rispetto a quando è alto in cielo.

Quando il Sole è alto in cielo, di tutti i suoi raggi colorati che attraversano l’atmosfera quelli violetti vengono massimamente assorbiti, poi quelli blu che, riemessi in tutte le direzioni, colorano il cielo di azzurro. Tutti gli altri colori invece, essendo meno assorbiti, riescono ad arrivare in superficie e mescolati si presentano come luce bianca.

A mano a mano che il Sole si avvicina all'orizzonte, aumentando lo spessore dell’atmosfera aumenta anche il livello di assorbimento. Pertanto, in ordine la radiazione viola prima, poi indaco, poi blu e poi verde viene interamente assorbita; successivamente, poiché c’è ancora atmosfera da attraversare, viene assorbita anche quella verde ed arancio, per cui alla fine rimane solo quella rossa.

Luna rossa — La Luna si tinge di rosso quando vicina all'orizzonte per lo stesso fenomeno osservato per il Sole.

Ecco il motivo per cui vicino l’orizzonte il Sole appare di colore rosso.

La luce bianca del Sole, formata da tutti i colori, subisce un assorbimento da parte dell’atmosfera che, essendo molto spessa sull’orizzonte, riesce ad assorbire tutti i colori rimanendo solo quello rosso.

Lo stesso fenomeno spiega il colore rosso della Luna. Infatti, la Luna è illuminata dal Sole, per cui la luce solare riflessa dalla Luna subisce lo stesso fenomeno quando la Luna si trova vicino l’orizzonte.

Sicuramente, alcuni lettori avranno notato che lo stesso vale anche per le stelle il cui colore (diverso a seconda della loro temperatura superficiale) tende a diventare rosso quando queste sono vicine all’orizzonte.