Guardando il cielo può capitare, soprattutto con il Sole relativamente basso, di vedere una scena sorprendente: oltre al Sole vero compaiono uno o due punti luminosi ai suoi lati, quasi come se nel cielo ci fossero tre Soli contemporaneamente.

Non si tratta di un'illusione fotografica e neppure di un fenomeno astronomico.

Queste macchie luminose si chiamano pareli, dal termine scientifico parhelia, e sono uno dei fenomeni più affascinanti dell'ottica atmosferica.

Perché sembrano dei piccoli Soli?

Un parelio può apparire come una macchia molto brillante, talvolta così intensa da ricordare un secondo Sole.

Quando le condizioni sono particolarmente favorevoli possono comparirne due contemporaneamente, uno a destra e uno a sinistra del Sole vero.

Da qui deriva anche il nome inglese sun dog, mentre in passato il fenomeno è stato chiamato anche mock sun, cioè “falso Sole”.

Naturalmente non esiste alcun secondo astro: ciò che vediamo è semplicemente luce solare deviata verso i nostri occhi dai cristalli di ghiaccio sospesi nell'atmosfera.

Il ruolo dei cristalli di ghiaccio

Per formare un parelio non bastano semplicemente nuvole e luce solare.

Servono cristalli di ghiaccio con caratteristiche geometriche adatte.

I cristalli che partecipano ai fenomeni di alone hanno generalmente una struttura esagonale. Nel caso dei pareli sono particolarmente importanti cristalli sottili e piatti, simili a piccole piastrine.

Mentre cadono lentamente nell'aria, queste piastrine tendono a disporsi con la loro superficie più ampia quasi orizzontale.

Questa orientazione non è un dettaglio secondario: è proprio ciò che permette a molti cristalli diversi di deviare la luce nella stessa direzione e di far apparire una zona luminosa ben localizzata nel cielo.

La luce entra nel ghiaccio e cambia direzione

Il meccanismo fisico fondamentale è la rifrazione.

Quando un raggio di luce passa dall'aria al ghiaccio cambia velocità e, se entra con un determinato angolo, cambia anche direzione.

La luce solare attraversa quindi due facce del cristallo e viene deviata.

La particolare geometria esagonale del ghiaccio fa sì che una grande quantità di luce emerga con una deviazione minima vicina a 22°.

È per questo che i pareli tendono ad apparire proprio a quella distanza apparente dal Sole.

Cosa significa “22° dal Sole”?

Non stiamo parlando di temperatura, ma di distanza angolare nel cielo.

Immaginiamo una linea che parte dai nostri occhi e punta verso il Sole e un'altra linea che punta verso il parelio.

L'angolo tra queste due direzioni è normalmente vicino ai 22°.

Come riferimento molto approssimativo, una mano aperta osservata con il braccio completamente disteso copre una porzione di cielo dell'ordine di una ventina di gradi.

Non è una misura di precisione, ma aiuta a capire perché il parelio appare relativamente distante dal disco solare.

Perché il parelio è spesso colorato?

La luce bianca del Sole contiene molte lunghezze d'onda diverse, che noi percepiamo come colori differenti.

Il ghiaccio non rifrange tutte queste lunghezze d'onda esattamente nello stesso modo.

Il risultato è una leggera separazione dei colori, simile nel principio a quella prodotta da un prisma.

Nei pareli ben sviluppati si può quindi osservare:

• una tonalità rossastra nella parte rivolta verso il Sole;
• colori più chiari o tendenti al giallo e al verde procedendo verso l'esterno;
• una zona più biancastra o leggermente azzurra nella parte più lontana dal Sole.

Spesso, però, i colori sono molto meno netti di quelli di un arcobaleno.

Parelio e arcobaleno sono la stessa cosa?

No.

Entrambi possono separare la luce bianca nei suoi colori, ma utilizzano particelle atmosferiche completamente differenti.

L'arcobaleno nasce principalmente dall'interazione della luce con gocce d'acqua liquide.

Il parelio nasce invece dall'interazione della luce con cristalli di ghiaccio.

Anche la geometria osservativa è totalmente diversa: l'arcobaleno viene osservato dalla parte opposta rispetto al Sole, mentre i pareli compaiono nelle sue immediate vicinanze apparenti.

Dove si trovano questi cristalli?

Molto spesso i cristalli responsabili dei pareli si trovano nelle nubi alte, in particolare nei cirri e nei cirrostrati.

A quelle quote la temperatura può essere molto bassa anche quando al suolo fa relativamente caldo.

Questo spiega una cosa importante:

non serve che a terra ci siano neve o gelo per osservare un parelio.

Possiamo tranquillamente vedere pareli anche durante stagioni miti o calde, purché in alta troposfera siano presenti cristalli di ghiaccio adatti.

Quindi sono un fenomeno invernale?

Sono comuni nelle stagioni fredde alle medie latitudini, ma non sono esclusivamente invernali.

La presenza di ghiaccio al livello delle nubi alte può verificarsi durante tutto l'anno.

In condizioni estremamente fredde possono inoltre formarsi cristalli di ghiaccio anche vicino al suolo, producendo il fenomeno chiamato diamond dust, o polvere di diamante, capace a sua volta di generare pareli e altri fenomeni ottici.

Perché non li vediamo ogni volta che ci sono cirri?

La presenza di cristalli di ghiaccio è necessaria, ma non sufficiente.

Per ottenere un parelio ben definito servono contemporaneamente:

• un numero sufficiente di cristalli;
• una forma cristallina adatta;
• una buona orientazione delle piastrine;
• una geometria favorevole tra Sole, cristalli e osservatore;
• una trasparenza del cielo sufficiente per distinguere il fenomeno.

Se i cristalli sono orientati casualmente possono produrre altri tipi di alone, mentre un orientamento più ordinato concentra maggiormente la luce nei due punti laterali.

Che differenza c'è tra parelio e alone di 22°?

Pareli e alone di 22° sono strettamente collegati, ma non sono la stessa cosa.

L'alone di 22° appare come un anello luminoso quasi circolare attorno al Sole.

I pareli sono invece zone luminose concentrate principalmente alla stessa altezza apparente del Sole, una a destra e una a sinistra.

Possono comparire contemporaneamente.

Quando ciò accade, i pareli sembrano spesso trovarsi sulle parti laterali dell'alone.

Perché l'alone forma un cerchio e i pareli solo due punti?

La differenza dipende soprattutto dall'orientazione dei cristalli.

Quando moltissimi cristalli sono orientati in modo casuale, la luce può essere deviata verso l'osservatore da numerose direzioni differenti, producendo un anello.

Quando invece prevalgono cristalli a piastrina orientati quasi orizzontalmente, la luce tende a concentrarsi soprattutto ai lati del Sole.

Nascono così i pareli.

La posizione cambia con l'altezza del Sole?

Sì.

Quando il Sole è molto basso, il parelio tende a comparire vicino alla posizione geometrica dei 22°.

Quando il Sole sale nel cielo, la geometria della rifrazione cambia e il parelio può trovarsi leggermente più lontano rispetto all'alone di 22°.

Per questo l'espressione “a 22°” è una descrizione molto utile, ma non significa che ogni parelio si trovi sempre esattamente a quella distanza.

Perché spesso sono più belli quando il Sole è basso?

I pareli vengono frequentemente osservati nelle ore vicine all'alba o al tramonto, oppure comunque quando il Sole non è troppo alto.

Con il Sole basso:

• la geometria dei cristalli a piastrina favorisce pareli ben concentrati;
• la separazione dei colori può risultare più evidente;
• il contrasto con il resto del cielo può essere maggiore.

Questo non significa che siano impossibili con il Sole più alto, ma il loro aspetto può diventare meno compatto e più difficile da riconoscere.

Può comparirne soltanto uno?

Sì.

La geometria teorica permette la presenza di un parelio su entrambi i lati, ma nella realtà le nubi non sono distribuite uniformemente.

Se i cristalli adatti sono presenti soltanto su un lato del Sole, possiamo vedere un solo parelio.

Non significa quindi che “l'altro sia nascosto”: può semplicemente non esserci abbastanza ghiaccio correttamente orientato dall'altra parte.

I pareli indicano l'arrivo del maltempo?

Non direttamente.

Cirri e cirrostrati possono precedere l'arrivo di un sistema frontale e quindi, in alcuni casi, un aumento delle nubi alte e dei fenomeni di alone può essere osservato prima di un cambiamento del tempo.

Ma un parelio non è di per sé una previsione meteorologica.

La presenza del fenomeno ci dice soprattutto che, in quella porzione di atmosfera, sono presenti cristalli di ghiaccio con proprietà favorevoli all'interazione ottica con la luce solare.

Per sapere se arriveranno pioggia, vento o altri fenomeni servono invece l'analisi della situazione atmosferica e le normali previsioni meteorologiche.

Non sono “due Soli”: perché l'occhio viene ingannato?

Il nostro cervello interpreta naturalmente una sorgente molto luminosa e relativamente compatta come un oggetto.

Quando migliaia o milioni di minuscoli cristalli deviano la luce verso di noi nella stessa zona del cielo, il risultato è quindi una macchia luminosa apparentemente autonoma.

Ma non esiste alcuna immagine fisica del Sole sospesa in quel punto.

Stiamo osservando semplicemente tanti raggi provenienti dal Sole vero e deviati verso il nostro occhio.

Altri fenomeni prodotti dai cristalli di ghiaccio

I pareli appartengono a una famiglia molto più ampia di fenomeni di ottica atmosferica.

I cristalli di ghiaccio possono produrre, tra gli altri:

• aloni di 22°;
• aloni di altre dimensioni;
• archi tangenti;
• archi circumzenitali;
• cerchi parelici;
• pilastri solari.

La forma osservata dipende dalla geometria dei cristalli, dalla loro orientazione e dal percorso seguito dalla luce al loro interno o sulla loro superficie.

Come osservare un parelio in sicurezza

La cosa più importante è ricordare che il fenomeno si trova vicino al Sole.

Non bisogna mai fissare direttamente il disco solare.

Per cercare un parelio è meglio schermare fisicamente il Sole con un edificio, un palo, un albero o un altro oggetto, mantenendo visibile la zona di cielo alla sua destra e alla sua sinistra.

Questo permette di aumentare il contrasto e riduce la tentazione di guardare direttamente la sorgente luminosa.

Con una fotocamera o uno smartphone è possibile fotografare il fenomeno includendo il paesaggio, ma anche in questo caso è bene evitare di osservare direttamente il Sole attraverso mirini ottici non adeguatamente filtrati.

Come riconoscerlo rapidamente

Quando sospetti di avere davanti un parelio, puoi controllare alcuni elementi:

• è alla stessa altezza apparente del Sole;
• si trova grosso modo a una ventina di gradi dal Sole;
• può apparire su uno o su entrambi i lati;
• può mostrare una tonalità rossastra verso il Sole;
• nel cielo sono spesso presenti cirri o cirrostrati sottili;
• può essere accompagnato da un alone di 22°.

Un piccolo laboratorio di fisica sopra le nostre teste

La cosa affascinante dei pareli è che permettono di vedere direttamente gli effetti della geometria microscopica dei cristalli presenti a chilometri di altezza.

Non vediamo i singoli cristalli.

Vediamo però il risultato collettivo della loro forma, del loro orientamento e della rifrazione della luce.

Un fenomeno che, a prima vista, sembra quasi impossibile è quindi il prodotto di processi fisici perfettamente naturali.

Quando compaiono due “Soli” ai lati del Sole, il cielo non si è moltiplicato: sta semplicemente usando milioni di minuscoli cristalli di ghiaccio come altrettanti prismi.

Fonti e approfondimenti

• Met Office – Optical effects: nature's light show;
• NOAA – National Weather Service – Glossary: Parhelion;
• NOAA – National Weather Service – What Causes Halos, Sundogs and Sun Pillars?;
• NOAA – National Weather Service – materiale divulgativo sui fenomeni ottici prodotti da cristalli di ghiaccio.