L’Arco Circumzenitale e il suo strabiliante spettacolo cromatico

L’Arco Circumzenitale (CZA: acronimo di Circumzenithal Arc) è descritto come l'”arcobaleno che sorride” a causa della sua inconfondibile curvatura invertita, contraria a quella dell’arcobaleno tradizionale, che ricorda visivamente un sorriso nel cielo.

Arco Circumzenitale sul campanile della chiesa di Cibiana di Cadore (Bl)
(©M.G.Pace)

Tra tutti i fenomeni ottici atmosferici, il CZA emerge come uno dei più intensamente colorati, come attestato anche da immagini fotografiche, superando persino l’arcobaleno tradizionale in vivacità.

Vividezza dei colori su un CZA
© M.G. Pace

La sequenza cromatica dell’CZA parte dal rosso della banda più esterna dell’arco, orientata verso il Sole, seguito dall’arancione, dal verde, dal blu e dal viola nella parte più interna.

Dove guardare?

Come il suo nome suggerisce (“arco circumzenitale”), la sua posizione nel cielo è esattamente sulla verticale dell’osservatore, quindi intorno allo zenit. 

Cosa è lo Zenit? Immaginando il cielo come una volta emisferica, lo zenit è il punto più alto nell’emisfero e si trova all’intersezione dell’asse verticale che passa dal punto di osservazione con la volta celeste. Questa intersezione forma un angolo di 90° rispetto all’orizzonte.

Raffigurazione della posizione dello Zenit rispetto ad un osservatore (Mirella Pace)

Per poterlo osservare, nel caso fosse presente in cielo, bisogna guardare verso il punto più alto che l’inclinazione del nostro collo ci permette. In questa immagine vediamo dove è posizionato l’arco circumzenitale rispetto al Sole e rispetto ad un comune alone solare.

Posizione dell’Arco Circumzenitale rispetto al Sole e ad un comune alone solare
Campagna modicana (©M.G. Pace)

Quando si forma?

Il fenomeno dell’arco circumzenitale (CZA) si verifica di solito durante il giorno se sono presenti nuvole cirri e quando il Sole si trova a un’altitudine inferiore ai 32°. La sua formazione è influenzata principalmente dalla presenza di cristalli nei cirri e dal loro orientamento.

Arco Circumzenitale a Peaio (BL)
©M.G. Pace

Tuttavia, in circostanze rare, può essere osservato di notte, soprattutto se il cielo è attraversato da cirri investiti dalla luce di una Luna molto luminosa e quando la posizione di quest’ultima non superi i 32° di altitudine.

Rarissimo Arco Circumzenitale notturno con Paraselene e Alone Lunare
Campagna modicana

Il 10 novembre 2022, alle ore 20:00 a Modica (Rg), con una Luna al 94% di luminosità e ad un’altitudine di 19° ho avuto l’opportunità di osservare un arco circumzenitale lunare. Questo fenomeno si manifestò accanto alla costellazione di Cassiopea e poco sotto la galassia di Andromeda. La presenza di un CZA lunare notturno, soprattutto con una Luna così luminosa, è un evento insolito e affascinante, che sottolinea la rara combinazione di condizioni atmosferiche e astronomiche che permettono tale osservazione.

Arco Circumzenitale lunare
© M.G. Pace

Quanto dista dallo zenit?  

Man mano che la Luna o il Sole salgono nel cielo, l’Arco Circumzenitale si avvicina allo zenit senza mai coincidere con esso. Durante questo movimento, l’arco si accorcia e si ispessisce. Al contrario, quando il Sole è basso sull’orizzonte, l’Arco Circumzenitale si allunga ma diventa più sottile, riducendo la sua luminosità. Il momento in cui l’arco è più vivido e luminoso si verifica quando il Sole o la Luna hanno un’altitudine di circa 20°. In particolare, con la Luna, la formazione dell’Arco Circumzenitale è più facilmente identificabile quando la Luna si trova tra i 20° e i 22° di elevazione. Ho sperimentato che la manifestazione notturna del CZA può offrire indicazioni più precise sulla sua posizione rispetto alle stelle di sfondo, consentendo un’identificazione più accurata.

Nell’immagine, è evidente l’esatta disposizione dell’arco circumzenitale in relazione alle stelle circostanti, le quali, al momento dello scatto, avevano posizioni angolari ben definite. L’arco circumzenitale si è formato con un angolo compreso tra i 65° e i 70° rispetto allo zenit, manifestandosi a una distanza approssimativa di 20°-25° da quest’ultimo.

Come si forma?

La formazione dell’arco circumzenitale, a differenza dell’arcobaleno, non è attribuibile alle gocce d’acqua, ma piuttosto alla rifrazione della luce su cristalli di ghiaccio sospesi, comunemente presenti nei cirri. Questi cristalli, che assumono la forma di esagoni piatti in caduta libera con la base parallela all’orizzonte, agiscono come prismi naturali. Quando la luce solare attraversa la loro faccia superiore orizzontale, fuoriesce lateralmente dalla faccia verticale, generando così l’arco circumzenitale.

Raffigurazione del tragitto della luce attraverso un cristallo esagonale piatto presente nei cirri

Durante questo processo, i raggi di luce vengono rifratti, ovvero cambiano direzione. I raggi entrano e escono da superfici inclinate a 90 gradi l’una rispetto all’altra e questo fa sì che i colori si separino molto bene, un po’ come avviene in un prisma. I colori che ne risultano sono molto puri e vividi, persino più puri di quelli che vediamo in un arcobaleno. Quando il sole si trova ad un’altitudine superiore a circa 32,3 gradi sopra l’orizzonte, i raggi di luce che entrano nei cristalli non riescono più a uscire dalla faccia laterale, per questo è importante la sua altezza.
La scoperta di un parelio, un fenomeno atmosferico causato dalla stessa forma di cristalli, può fungere da indicatore per dirigere lo sguardo verso l’alto per cercare di individuare la presenza dell’arco circumzenitale. L’aspetto e la formazione dei cristalli coinvolgono gli stessi principi, rendendo la ricerca di uno spettacolo celeste un complemento ideale all’osservazione dell’altro. La presenza di un paraselene nella mia fotografia notturna ne testimonia la contemporaneità.

E’ raro?

Alcune manifestazioni alonari sono considerate rare perché realmente non si manifestano frequentemente, altre perché sono collocate in porzioni di cielo dove di rado osserviamo e altre ancora, perché sono effettivamente difficili da individuare. Allo stesso modo, l’arco circumzenitale può essere considerato un fenomeno raro non tanto per la sua frequenza intrinseca, ma piuttosto per la scarsa nostra osservazione della parte del cielo in cui si forma che tendiamo a trascurare. Quindi, il fenomeno potrebbe manifestarsi ai più con una discreta frequenza se solo prestassimo maggiore attenzione alla parte alta del cielo, verso la nostra verticale. L’arco circumzenitale potrebbe essere apparso (e apparire) sopra di noi con la stessa frequenza degli arcobaleni, ma la sua osservazione sfuggirci poiché abbiamo l’abitudine a concentrarci su ciò che abbiamo di fronte o, da qualche decennio, su ciò che abbiamo tra le nostre mani, chini sui nostri necessarissimi dispositivi mobili.

L’abbaino, posto sul tetto di una abitazione a Valle di Cadore, mostra una formazione di un CZA (©M.G.Pace)

Come riportato dal fisico ed esperto di ottica atmosferica Les Cowley di Atmospheric Optics (https://www.atoptics.co.uk) al quale dedicherò una serie di speciali articoli, l’arco circumzenitale si manifesta in Europa con una frequenza di circa una volta al mese. Tuttavia, è importante sottolineare che l’osservazione notturna è ancora più rara, aggiungendo un ulteriore elemento di straordinarietà all’esperienza. In condizioni particolari e, stavolta, oggettivamente rare, l’arco circumzenitale può chiudersi in un cerchio completo, mantenendo solo una parte colorata, di solito di circa 1/3 del cerchio, mentre la rimanente parte resta bianca. Questo raro fenomeno è noto come “arco di Kern”. L’arco di Kern è una variante dell’arco circumzenitale che si verifica in presenza di cristalli di ghiaccio orientati geometricamente in modo tale da dar luogo a una rifrazione della luce solare che genera questa particolare configurazione circolare.

Come riconoscerlo da altre formazioni o archi simili?

Nel contesto fotografico, è cruciale fare distinzioni tra il riconoscimento di un fenomeno basato su un’immagine e la sua osservazione diretta sul campo. Spesso le foto si concentrano sul fenomeno stesso, trascurando la posizione del Sole, complicando l’identificazione successiva. Si suggerisce perciò di adottare un approccio fotografico anche ad ampio campo per includere chiaramente la posizione del Sole.

Arco Circumzenitale a Marina di Ragusa (©M.G.Pace)

Nel caso di immagini in cui la posizione del Sole non è evidente, la comprensione delle caratteristiche distintive di ciascun fenomeno e l’attenzione ai dettagli diventano quindi fondamentali per un’identificazione accurata.

Immagine del CZA senza riferimenti di altezza e posizione rispetto al Sole (©M.G.Pace)

L’CZA è spesso confuso con un altro fenomeno, quello delle “nubi iridescenti” che si formano per tutto altro processo. L’equivoco nasce dal fatto che, formandosi l’CZA su nubi alte come i cirri, che raramente presentano una formazione compatta, l’arco non appare nella sua interezza perché in parte potrebbe restare coperto da nubi più basse, così da mostrare all’osservatore solo una porzione o addirittura un suo frammento.

CZA non completo ma frammentato per via della presenza di cirri a chiazze. Caso in cui potrebbe essere confuso con le nubi iridescenti

E’ possibile distinguere facilmente l’CZA dalle nubi iridescenti osservando la disposizione dei colori. Nel CZA, le colorazioni sono disposte a bande orizzontali, mentre nelle iridescenze, i colori sono diffusi in modo più casuale.

Disposizione dei colori nel CZA: sono distribuiti a bande orizzontali (©M.G.Pace)
Distribuzione dei colori nelle nubi iridescenti: appaiono sparpagliati

In condizioni in cui l’arco circumzenitale si manifesta in modo incompleto, potrebbe essere anche confuso con il parelio, soprattutto se lo stiamo guardando attraverso una foto dove non risulti chiara la posizione del Sole. Ancora una volta ci viene in aiuto la distribuzione dei colori: il parelio presenta bande cromatiche verticali mentre il CZA ci appare con bande cromatiche ricurve in senso orizzontale. Il parelio e il CZA condividono la natura del loro manifestarsi in presenza di cristalli di ghiaccio ma la disposizione delle bande colorate offre il principale criterio distintivo per un’identificazione accurata.

Distribuzione dei colori in un Parelio: le bande non sono orizzontali come nell’CZA ma verticali. La banda rossa è esposta sempre verso il sole (©M.G.Pace)

Altro elemento di confusione può sorgere con l’arco circumorizzontale, il quale si manifesta sotto il Sole a pochi gradi sopra l’orizzonte e presenta colorazioni invertite rispetto all’CZA. Un’osservazione attenta delle caratteristiche distintive, come la posizione nel cielo e l’orientamento dei colori, può quindi aiutare a differenziare chiaramente i due fenomeni. 

Porzione di Arco Circumorizzontale sul Lago di Venere (Pantelleria). L’arco è basso sull’orizzonte e mostra i colori invertiti rispetto al CZA. Il rosso è sempre esposto dalla parte del Sole (©M.G.Pace)

Le tue foto nella nostra galleria

Se hai immortalato l’arco circumzenitale nelle tue fotografie, ci piacerebbe documentare la tua esperienza. Invia le tue immagini accompagnate dalla data, il luogo di scatto e, se possibile, l’orario. Nel nostro articolo, presenteremo una galleria esclusiva (che si aggiornerà ad ogni contributo fotografico) con le testimonianze delle straordinarie osservazioni alle diverse latitudini italiane. I crediti, naturalmente, saranno accuratamente indicati.

Indice dei fenomeni trattati

Fonti di riferimento

Siti: OPOD
Testi:

  • “Atlante delle Meraviglie del Cielo” di Paolo Candy;
  • “Light and Colors in the open air” di Marcel Gilles Jozef Minnaert;
  • “Rainbow, Halos, and Glories” di Robert Greenler.