Una conoscenza seppur generale sul fenomeno della luce naturale, quella prodotta dal sole, costituisce una delle fondamenta per la realizzazione di una fotografia: la sua gestione difatti è limitata dalla sua disponibilità. Le variabili che contribuiscono al fenomeno sono molte e in gran parte non controllabili in forma diretta.

Le caratteristiche della luce solare sono: eccellente resa del colore, intensità e tonalità estremamente variabili ( a seconda dell’ora, della stagione, del luogo geografico, dei fenomeni atmosferici), gratuità, disponibilità limitata alle ore diurne che rende necessaria una programmazione temporale delle riprese generalmente più accorta rispetto alla controparte artificiale.

Le componenti della luce naturale sono due: luce solare diretta e luce dispersa e diffusa dalla volta celeste.


La luce solare è generata direttamente dal globo solare ed arriva filtrata dall’atmosfera terrestre. Genera ombre nette, la sua temperatura di colore è neutra (circa 5.600°K) prima di oltrepassare gli strati dell'atmosfera, dopodichè varia in maniera sensibile a seconda delle condizioni che incontra.

Per comprendere meglio il fenomeno prendiamo un oggetto sferico di colore bianco, con una superficie dalle caratteristiche miste di riflessione e diffusione della luce, che risponda in modo esemplare alla legge della diffusione mista. La luce che lo investe sarà in gran parte diffusa, in maniera non uniforme, ma con direzione preferenziale e la restante minima e trascurabile parte verrà assorbita (il colore bianco fa assumere il valore dell'albedo prossimo all'unità).


Ecco una simulazione di come si presenterebbe un oggetto di cuoio trattato bianco investito dai raggi solari in assenza di atmosfera:


I raggi solari sono approssimati come paralleli tra loro data la gran distanza del sole dalla terra. La temperatura di colore è neutra (5.600°K) come quando, in presenza di atmosfera, il sole è ben alto, dunque la tonalità della luce prodotta è neutra. La zona in ombra risulta totalmente oscura: non c'è interazione con altri raggi luminosi al di fuori di quelli solari, ostruiti dallo stesso corpo opaco della sfera. Non ci sono altri oggetti sufficientemente vicini che possano riflettere o diffondere luce.

Se poggiamo la sfera sopra un piano diffondente la situazione cambia:


l'ombra propria della sfera si schiarisce nella zona più prossima al piano grazie alla diffusione operata dal piano. Allo stesso modo l'ombra portata sul piano risulta schiarita in prossimità della sfera, che interagisce con la sua azione diffondente. Se i materiali impiegati, invece che bianchi, fossero colorati, una quotaparte dei colori sarebbe anch'essa diffusa e miscelata sulle superfici dei vari oggetti (fenomeno "bleeding").

L'ombra portata risulta piuttosto netta perchè le dimensioni del disco solare rapportate alla volta celeste sono piccole, tanto da poterlo considerare una sorgente di luce quasi puntiforme. Se avessimo ipotizzato la presenza dell'atmosfera, in concomitanza di alcune condizioni che ampliano il diametro del disco solare le ombre portate risulterebbero leggermente più sfumate. In caso di luce radente (al mattino od alla sera) quanto più lunghe saranno le ombre quanto più risulterranno sfumate man mano che si allontanano dall'oggetto che le produce.

Osserviamo infine uno schema dove vengono graficizzati i vettori che indicano intensità e direzione dei raggi diffusi risultanti dall'azione dei raggi solare incidenti sulla sfera:


Il solido fotometrico di riemissione in blu racchiude nel suo volume gli infiniti vettori della diffusione. In corrispondenza dei vettori più estesi avremo una zona di riemissione dei raggi più intensa, col risultato di un alone luminoso più marcato. Se la sfera fosse perfettamente diffondente sarebbe impercettibile, se, al contrario fosse lucida, sarebbe molto netto.
Per semplicità sul piano di appoggio sono rappresentati solo i vettori che indicano intensità e direzione preferenziale di diffusione, tralasciando il disegno del solido fotometrico.

Le simulazioni esposte fin qui riassumono in forma approssimata il fenomeno della luce proveniente direttamente dal disco solare e che insistono su di un semplice oggetto, in assenza di atmosfera.


Ora ci confronteremo con la componente secondaria (ma non meno importante) della luce solare: La luce diffusa dall'atmosfera terrestre.
La seconda parte di questo articolo (pubblicata a breve) tratta in dettaglio le modalità di diffusione della radiazione luminosa solare attraverso la volta celeste della terra. Per ora analizziamone gli effetti senza preoccuparci delle cause.

Secondo un modello iniziale approssimato ma mirato, una quotaparte della radiazione solare visibile passando attraverso i vari strati dell'atmosfera viene dispersa e diffusa, rendendo , per chi trova sulla superficie terrestre, l'intera volta celeste equivalente ad una superficie illuminante di forma sferica. Gli oggetti che si trovano al di sotto verrano illuminati da infiniti raggi perpendicolari ai piani tangenti una sfera celeste virtuale:



Il modello qui in alto è il risultato di varie approsimazioni: Il colore della dispersione è uniforme, i vari strati sono rappresentati come una sola superficie ed infine sono considerati solo i vettori somma rivolti verso il basso, i quali, pur proveniendo da tutte le direzioni perpendicolari alla calotta celeste, riassumono solo in parte il fenomeno. A fianco si vede cosa succede realmente, come la luce viene dispersa lungo i vari strati dell'atmosfera. Tuttavia in questa prima parte eviteremo di applicare leggi come quella di Rayleigh e Mie le quali governano modelli più avanzati.

Fortunamente la natura è molto più complessa e ci offre uno scenario più articolato ed un'esperienza di visione superba.
Per avvicinarci ad modello più conforme a questa complessa realtà terremo in conto per ora solo la disuniformità del cielo sereno, che assume gradazioni tonali differenti a seconda dell'altezza sull'orizzonte, dell'ora del giorno, della latitudine, degli agenti atmosferici. In generale la radiazione dispersa che giunge a terra misura una temperatura colore che può variare trai 6.400°K ed i 26.000°K, restituendo tonalità fredde.



Il cielo parzialmente coperto introduce ancor più variabili che influenzano non solo la temperatura di colore ma anche l'intensità in determinate direzioni. Il cielo totalmente coperto tende ad uniformare completamente la diffusione.
La nostra sfera di cuoio trattato è illuminata in questa simulazione solamente dalla componente diffusa della radiazione visibile solare, in condizioni di cielo sereno. Una situazione che si può verificare alle prime ore del mattino, prima ancora che il sole sorga dietro l'orizzonte. Si nota la perfetta uniformità dell'ombra portata al suolo che quasi scompare all'occhio, a causa della sua rarefazione. L'intensità di quest'ombra eterea è impercettibilmente maggiore in direzione opposta al sole (ancora sotto l'orizzonte). Si deduce quindi che la volta celeste diffonde con leggera direzione preferenziale, in linea con il sole. L'ombra propria della sfera scompare quasi totalmente ad eccezione di un minimo accenno estremamente rarefatto, nella zona inferiore meno esposta al cielo.
I colori assunti dalla sfera sono prevalemente freddi, scaldandosi leggermente in direzione del sole (ancora sotto l'orizzonte).

Quando il sole è ormai sorto le due componenti della radiazione solare si miscelano dando luogo allo spettacolare fenomeno della illuminazione naturale nella sua completezza:



Notiamo subito che la radiazione diretta è decisamente più calda rispetto a quella schematizzata nei paragrafi precedenti. Ora la simulazione tiene conto del suo passaggio attraverso l'atmosfera, e la luce passa dalla tonalità neutra (5.600°K) ad un calda (2.000 - 3.000°K).

I fenomeni finora illustrati si sommano e miscelano alla perfezione modellando le forme ed esaltando la loro tridimensionalità. La radiazione diretta contribuisce nelle zone più esposte con i suoi toni caldi ed ombre nette pur senza cancellare completamente quelle sfumate, la radiazione diffusa raffredda e schiarisce le zone meno esposte, in ombra. La percezione umana riconosce e codifica le differenti situazioni luminose fino ad associarvi stati dell'umore, sensazioni della memoria e dell'esperienza.

Passiamo dalla simulazione alla realtà: una palla comune da baseball ripresa in diverse condizioni. Il materiale è il cuoio trattato bianco e con i segni dell'uso, che risponde bene alla legge della diffusione mista. Il piano è sempre bianco e diffondente.



In condizioni di cielo completamente coperto notiamo gli effetti già visti nelle simulazioni, ivi compresa un consolidamento dell'ombra portata con prevalenza in direzione opposta al disco solare.

In un ambiente chiuso le pareti agiscono come grandi superfici diffondenti generando ombre multiple e sfumate, la diffusione è più calda (bleeding) ed è prodotta dal colore delle pareti non perfettamente bianche:


Anche la presenza della mano aiuta a comprendere l'effetto su di una scena geometricamente più complessa e con materiali diversi:


Infine in condizioni di luce solare otteniamo un questo risultato:



La luce diretta e radente inoltre ha la capacità di proiettare e delineare le ombre sugli elementi più minuti aumentando la ricchezza dei dettagli di superficie ed in generale genera una percezione tridimensionale molto più marcata: L'occhio riesce a distinguere qualsiasi elemento in rilievo.


tutti gli scatti sono realizzati verso 16.00 di un giorno di dicembre, alla latitudine di circa 42°.

Altro esempio (stesso luogo cielo sereno e cielo coperto), cambiando decisamente scala:





























In architettura il sistema delle volte, oltre alla sua funzione statica, opera come un perfetto secondo diffusore della luce solare proveniente dal pavimento (primo diffusore). (foto in basso, a sx, Sevilla - Plaza del Cabildo ).
La diffusione si realizza anche con schermi semitrasparenti, come le tende di questa facciata madrileña (in alto a dx) quando la geometria lo suggerisce. In basso a dx, la facciata dell'Hotel Reina Victoria, Plaza Santa Ana, Madrid: nelle ore centrali di un giorno estivo particolarmente caldo e secco la radiazione neutra ed intensa si diffonde tragli elementi dell'architettura. Essi stessi divengono fonti di luce attraverso il bianco puro degli intonaci, arricchendo forme e dettagli illuminati da angolazioni insolite.



Le prime ore del mattino e le ultime della sera sono quelle che meglio restituiscono quest'armonia fatta di contrapposizioni ben miscelate con contrasti ricchi ma bilanciati. Toni caldi e freddi, ombre nette e rarefatte convivono e compongono la realtà visibile spettacolare come interazione tra materia e luce.
Le ore centrali del giorno restituiscono contrasti più vigorosi e tonalità più neutre (il sole si "scalda" meno attraversando uno strato esiguo di atmosfera e con differente angolazione).
Significa questo che le prime e ultime ore del giorno sono le migliori per il fotografo? Pur se questo è un vecchio consiglio, tutto sempre dipende da cosa vogliamo riprendere e perchè. Il consiglio è invece quello di studiare i fenomeni luminosi naturali e muoverci di conseguenza, se ne abbiamo la possibilità ed il tempo. E' comprensibile che non c'è una situazione migliore in assoluto. Spesso la scelta dipende dalla vostra visione personale, se volete creare un forte impatto con una marcata componente scenografica (tipica dei tramonti), od al contrario ricercate più un equilibrio che dia più enfasi al vostro soggetto.