Salve, chiedo se la lunghezza d’onda massima della radiazione solare al suolo è diversa di quella al limite dell’atmosfera (500 nm) perchè tutti dicono che il massimo si ha per il giallo-verde mentre ai 500 nm corrisponde il verde. grazie

La radiazione solare al di fuori dell'atmosfera si può a buon conto considerare quella di un corpo nero, mentre così non è per la raziazione che arriva a terra, proprio a causa dell'assorbimento dell'atmosfera.

Nell'immagine (presa dal sito nimbus.it) sono riportati lo spettro solare misurato fuori atmosfera (giallo), lo spettro solare misurato a terra (rosso) ed una possibile curva di corpo nero che possa approssimare l'emissione del sole.

Per il Sole e gli altri corpi celesti viene infatti definita la Temperatura efficace(), cioè la temperatura di un corpo nero avente le stesse emissioni del corpo celeste considerato (per un approfondimento si può vedere questa risposta), che viene calcolata dai dati osservati.

Questa curva definisce un ulteriore massimo, cioè il massimo della emissione del corpo nero corrispondente al Sole che è spostato leggermente a destra(quindi verso lunghezze d'onda maggiori) rispetto al massimo della raziazione misurata al limite dell'atmosfera.

Questa differenza può dipendere anche dal modo in cui viene "scelta" la curva di corpo nero che rappresenta il nostro Sole, essa infatti dipende dai criteri matematici utilizzati per minimizzare la distanza fra la curva teorica e quella ottenuta con i dati sperimentali (best fitting). A seconda delle modalità matematiche con cui questa operazione viene fatta, si possono ottenere risultati diversi. Infatti nella figura in alto, la  = 5250°C = 5250 + 273 = 5523 K. In quella che riportiamo qui sotto, la temperatura viene calcolata utilizzando la potenza totale irraggiata, cioè sommando su tutte le lunghezze d'onda e considerando la curva la cui area sottostante è la stessa della curva misurata fuori dall'atmosfera (5777 K).

Questa differenza comporta uno spostamento anche nel massimo della potenza irraggiata, dato che c'è una proporzionalità inversa tra la lunghezza d'onda corrispondente al massimo della radiazione di un corpo nero e la sua temperatura (legge di Wien ).

Con  = 5800 K si ottiene un massimo per 500 nm. 
Con  = 5550 K il massimo è a 520 nm.

Pertanto definire in modo preciso la lunghezza d'onda teorica di massima emissione solare diventa complesso, e comunque si fa un errore poco significativo (inferiore al 10%).

Se poi guardiamo le curve sperimentali, la curva fuori atmosfera sembra avere un massimo ben definito ad una lunghezza d'onda minore di 500 nm, mentre quella a terra ha un andamento molto meno accentuato, al punto che è difficile individuare chiaramente un punto di massimo tra i 480 e i 550 nm. Molte delle curve "sperimentali", vengono anche ricavate da dati e modelli diversi, per cui fonti ugualmente prestigiose e significative, possono avere delle differenze, come ad esempio nelle figure sottostanti: quella a sinistra presa da un sito del CNR, quella a destra dal sito dell'Università di Verona in cui, se le curve della radiazione misurata fuori atmosfera sono simili, non così accade per le misure a terra.

 

Spesso, inoltre, i grafici a terra dipendono da "quanta" atmosfera la luce deve attraversare (nei grafici è indicata come Air mass o con il parametro m), considerando che m=1  corrisponde a uno spessore atmosferico "medio", la situazione sarà molto diversa a seconda della posizione sulla terra e della posizione del sole rispetto alla verticale del nostro punto di osservazione (al tramonto e all'alba m sarà ben maggiore di 1).

Oltre allo "spessore", una ulteriore variabile è la composizione dell'atmosfera: la presenza di aerosol, pulviscolo, la quantita di vapore acqueo presente possono ulteriormente alterare il "colore" della radiazione, a causa dell'interazione della radiazione visibile con le particelle (per una trattazione dettagliata si può vedere questa risposta e le citazioni contenute). Questa interazione dipende dalla lunghezza d'onda della radiazione e da taglia, forma e composizione delle particelle che la radiazione incontra. Questo fenomeno (chiamato estinzione) viene sintetizzato da un numero, chiamato esponente di Ångström, che indica la dipendenza della sezione d'urto dalla frequenza della radiazione. Quindi a seconda del mezzo che viene attraversato, lo spettro della luce emergente cambia. Ad esempio per le molecole questo esponente è 4, per questo le frequenze elevate (blu) dominano quando la luce solare attraversa una atmosfera tersa, per gli aerosol questo esponente cambia, quindi la loro presenza modifica lo spettro della luce che arriva a terra.

Per quanto riguarda infine la definizione esatta dei colori, inoltre, occorre considerare la fisiologia dell'occhio umano, per cui distinguere tra una radiazione di colore verde e giallo-verde è difficile. Ad esempio a questo link si può vedere una corrispondenza tra le lunghezze d'onda e i colori dello spettro: attorno ai 500 nm c'è il passaggio dall'azzurro al verde, mentre il passaggio dal giallo al verde è oltre i 550 nm.

In sostanza, è difficile parlare di un "massimo" in modo così sottile come se fosse una funzione matematica esatta, considerando anche che nella definizione dei colori entra la fisiologia e la curva di risposta dell'occhio umano, per la quale possiamo parlare di risposta media, nonostante da tempo si cerchi di trovare una curva "standard" (la figura sotto ne è un esempio, da gsu.edu).

Pertanto se "fuori atmosfera" si ha un massimo ben definito e sostanzialmente riconosciuto, anche numericamente, per le misure e i modelli al suolo ci sono molti parametri, che alterano la curva e quindi la posizione e l'intensità del massimo, spostandolono la lunghezza d'onda, e quindi muovendolo da un "colore" all'altro, con le difficoltà che questo "movimento" può causare nella percezione dei colori.