Cos’è la luce?
La luce è una forma di energia. La trasmissione di questa energia avviene tramite radiazione.
La luce è solo una piccola parte dello spettro completo delle radiazioni, che va dalle onde corte dei raggi cosmici all’energia elettrica prodotta dagli esseri umani.
L’atmosfera terrestre consente l’attraversamento di una gamma di radiazioni di luce limitata che varia dalla lunghezza d’onda λ = 100 nm (ultravioletto) fino a λ = 1 mm (infrarosso).
La gamma visibile all’occhio umano (arcobaleno) si situa tra le lunghezze d’onda di λ = 380 a 780 nm, la lunghezza d’onda che vediamo meglio e quella situata a λ = 555 nm.
La luce bianca contiene molte o tutte le parti dello spettro, la luce colorata rappresenta invece solo una singola parte dello spettro.
Lo spettro della luce prodotto da una lampada al sodio appare al nostro occhio di colore giallo-arancio. Temperatura del colore 2’000K.
Lo spettro prodotto da questa lampada a LED appare al nostro occhio di colore bianco con un tono giallo chiaro. Temperatura del colore 2’200K. Per definizione bianco caldo ≈ 3’000K. La luce di questa lampada è quindi un po’ più calda.
Lo spettro di una lampada LED bianco freddo appare al nostro occhio bianca, con una tonalità di blu abbagliante o sgargiante. Temperatura del colore 5’200K.
Le onde generate dalle sorgenti luminose d’origine incandescente oscillano in tutte le direzioni. Quando la luce vibra solo su un piano, risulta completamente polarizzata. La luce si polarizza allorché interagisce con una superficie su cui si riflette o si disperde. Una polarizzazione naturale avviene quando la luce si riflette sulla superficie dell’acqua o si disperde nel cielo. Questa luce viene utilizzata da alcuni animali per orientarsi (per esempio dalle api). Invece i fotografi utilizzano dei filtri speciali per sopprimere le luci polarizzate, in modo che il contrasto con il cielo o con le superfici lucide appaia più bello.
Onde O Particelle?
Non tutte le proprietà della luce si possono spiegare considerandola un’onda. Pertanto vi è un’altra interpretazione: la luce come particelle. Esse vengono emesse in quanti (un quanto di luce è un pacchetto di particelle luminose di una certa frequenza o energia) che sono chiamati fotoni.
Le particelle di luce, cioè i fotoni, sono invisibili. Si possono vedere solo quando interagiscono con un ricettore (la retina, il chip di un sensore, una pellicola, della carta fotografica, della materia, un gas). Vale a dire che non possiamo vedere la luce in uno spazio vuoto e anche nell’ aria la vediamo solo quando si diffonde nell’azoto o sull’acqua oppure colpisce direttamente la retina dell’occhio.
I fotoni viaggiano in modo rettilineo finché non colpiscono un ostacolo e interagiscono con esso. I raggi di luce sono diritti e non curvi. Secondo Albert Einstein c’è una sola eccezione: alla presenza di una grande massa (p.es. il nostro sole) i fotoni vengono deviati della forza di gravità. È possibile assegnare loro una massa relativistica anche se non hanno massa a riposo.
La luce blu ha una lunghezza d’onda bassa e una frequenza alta.
La luce rossa ha una lunghezza d’onda alta e una frequenza bassa.
La luce blu ha di conseguenza più energia di quella rossa.
Come misurare e confrontare la luce?
Chi vuole misurare la luce deve dunque catturare e contare i fotoni. Il chip di ogni macchina fotografica digitale (di solito CCD = Charged-Coupled Device) non fa altro che questo. Il principio è quello di una cella fotovoltaica. Invece di trasformare direttamente la luce in elettricità, memorizza gli elettroni e successivamente li recupera per ogni pixel. Una volta si utilizzavano le pellicole fotografiche analogiche per catturare i fotoni tramite una reazione chimica con gli ioni d’argento.
Flusso LUminoso
Il flusso luminoso Φ è il flusso radiante o la luce emessa da una sorgente luminosa e viene misurato in lumen [lm]. All’acquisto di una lampadina si trova l’indicazione del valore in lumen sulla confezione.
Intensità Luminosa
L’intensità luminosa di una sorgente puntiforme si misura in candela [cd]. La candela è l’unità di base del sistema SI.
Se una fonte puntiforme irradia luce dell’intensità di una candela (1 cd), in modo costante e entro l’angolo solido di 1 steradiante[sr], vale a dire alla superficie di 1 metro quadrato su una sfera dal raggio di un metro, genera un flusso di luce pari a 1 lm che è uguale a 1 cd.sr .
Illuminamento
Se un flusso luminoso viene intercettato dalla superficie piana A, l’illuminamento E che si misura su detta superficie nell’ unità di misura Lux [lx] si esprime con la formula: E = Φ / A, [lm/m2].
Un luxmetro misura l’illuminamento (in genere con un angolo di incidenza grande, fino a un massimo di 180°) ed è utilizzato dai fotografi per misurare la luce che colpisce l’oggetto da ritrarre.
Spesso le norme applicate per la valutazione di requisiti o di immissioni richiedono valori espressi in Eh o Ev che si riferiscono rispettivamente all’illuminamento su superfici orizzontali (per esempio passaggi pedonali) o verticali (per esempio la finestra di una camera).
La luce che incide sulla superficie illuminata, quindi l’illuminamento, non è identica alla luce riflessa dal piano. Ad esempio: un campo da calcio ha un fattore di riflessione di circa 0.2, vale a dire solo un quinto dell’illuminamento previsto nella norma risulta visibile sull’erba.
Luminanza
Se vogliamo misurare quanta luce c’è su un piano (per esempio sul campo da calcio), cioè la luminanza L del prato, usiamo l’unità di misura [cd/m2], quindi l’intensità luminosa per area.
Un luminanzometro può misurare una fonte di luce diretta o riflettente all’interno di un angolo ridotto (1°). Ripetendo la misura, la precisione statistica aumenta. Bisogna escludere che estranea interferisca con la misurazione.
L’efficienza di una sorgente luminosa viene indicata in lumen per watt [lm/W]. Questo valore indica unicamente la quantità di luce prodotta per rapporto alla quantità di energia elettrica prelevata da una presa. Maggiore efficienza non significa purtroppo automaticamente che una luce sia migliore per l’ambiente. Significa solo che diminuisce l’energia elettrica usata per produrla. Il miglioramento vale per il consumo di energia elettrica ma non per lo spettro, visto che la lampadina LED, benché più efficiente, produce una luce blu, più fredda.
La visione (diurna) umana
L’occhio umano sano possiede dei fotorecettori per diverse colorazioni di luce (rosso, verde, blu). I daltonici non hanno tutti i recettori, per questo vedono il mondo meno colorato e hanno difficoltà distinguere certi colori.
Anche un occhio sano però, non vede tutti i colori dello spettro dell’arcobaleno allo stesso modo.
Il ricettore del verde è più sensibile dei ricettori del rosso e del blu. La maggior parte dell’ambiente naturale che ci circonda e che per noi è essenziale, è di colore verde. Forse questa particolarità ci ha reso più facile scoprire terra fertile e nutrimento vegetale.
Gli strumenti di misurazione della luce impiegati nella tecnica di illuminazione e nella progettazione delle illuminazioni di regola sono calibrati in modo da rispettare la curva della sensibilità luminosa dell’occhio umano.
Altri sensori, per esempio i chip delle macchine fotografiche, spesso colgono ulteriori lunghezze d’onda e includono anche la radiazione infrarossa (ad esempio dispositivi di visione notturna)
Bisogna quindi assicurarsi sempre che i dati siano stati ottenuti correttamente, filtrati e confrontati.
Quando disturba la luce?
In primo luogo quando colpisce l’occhio direttamente (abbagliamento).
In secondo luogo quando colpisce l’occhio indirettamente (riflessione).
ABBAGLIAMENTO
La visione viene percepita come sgradevole (abbagliamento psicologico) oppure la prestazione visiva è irrimediabilmente ridotta (abbagliamento fisiologico). Le cause sono una distribuzione della luminanza sfavorevole o contrasti eccessivi.
Abbagliamento fisiologico
L’abbagliamento fisiologico riduce la funzione visiva senza che sia necessariamente accompagnata da una sensazione di disagio. Esempi estremi sono le lesioni oculari subite guardando direttamente la luce del sole o di un raggio laser che irreparabilmente danneggiano la retina e provocano una perdita misurabile di capacità visiva.
Abbagliamento psicologico
L’abbagliamento psicologico provoca una sensazione sgradevole, senza che questo comporti direttamente una diminuzione misurabile della funzione visiva.
Tuttavia, il problema di fondo è il forte contrasto provocato da differenti livelli di luminanza che provoca un’eccessiva stimolazione dei ricettori della retina e produce immagini residue. Tutte le persone che hanno guardato, anche per caso, direttamente il sole, anche dopo aver chiuso le palpebre continuano per un po’ a vedere un’immagine residua del sole di diversi colori che poi svanisce.
Riflessione Velata
Superfici riflettenti possono talvolta provocare un abbagliamento indesiderato, al punto che l’oggetto riflettente non può essere del tutto riconosciuto.
Un altro problema è l’abbagliamento dovuto ai veicoli che ci vengono incontro di notte. Se la visione di un automobilista è pregiudicata, la sicurezza del traffico è in pericolo.
La luce disturba il sonno poiché per un sonno sano abbiamo bisogno di un ambiente completamente buio. La maggior parte delle lamentele che arrivano a Dark-Sky sono dovute a un disturbo che riguarda la camera da letto. Lì ne va di mezzo la salute e ci tocca più da vicino.
Sia per quanto riguarda l’abbagliamento (riflesso pupillare) che per il sonno (orologio biologico), gli esseri umani e i mammiferi sono sensibili alla luce blu.
Gli animali notturni si orientano maggiormente con la luce blu, perché corrisponde maggiormente al buio naturale (il cielo, la luna e le stelle).
Inoltre la luce blu si disperde maggiormente nell’atmosfera (di giorno il cielo appare blu).
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La luce blu disturba per molti aspetti di più della luce rossa.
Tuttavia è possibile che altri organismi, con una capacità visiva diversa, reagiscano in modo diverso alla luce. Per esempio le femmine di lucciola si ascendono di colore giallo-verdastro poiché i maschi sono attratti soprattutto da una luce verde a bassa intensità mentre evitano i luoghi molto illuminati, dove non riescono più ad avvistare le femmine (vedi Ineichen, Lusti 2016, in tedesco).
Dark-Sky Switzerland: Pertanto spegnere, dunque evitare la luce nel luogo sbagliato al momento sbagliato, è la soluzione migliore e la più semplice per risolvere il problema dell’inquinamento luminoso.
Ringraziamo Roland Bodenmann, membro del nostro comitato «Netzwerk Licht», per i grafici e i dati che sono alla base di questa pagina.