barva oblaku závisí především na barvě světla, které přijímá. Přirozeným zdrojem světla země je Slunce, které poskytuje „bílé“ světlo. Bílé světlo kombinuje všechny barvy ve „viditelném spektru“, což je rozsah barev, které vidíme.
každá barva ve viditelném spektru představuje elektromagnetické vlny různých délek. Barvy se mění, jak se vlnová délka zvyšuje z fialové na indigo na modrou, zelenou, žlutou, oranžovou, červenou a tmavě červenou.
jak se délka světelné vlny zvyšuje, její energie klesá. To znamená, že světelné vlny, které tvoří fialky, indigo a modré, mají vyšší energetické hladiny než žluté, oranžové a červené.
jedním ze způsobů, jak vidět barvy slunečního světla, je použití hranolu. Rychlost světla se mírně snižuje, když se pohybuje do hranolu, což způsobuje, že se mírně ohýbá. Tomu se říká lom. Stupeň lomu se mění s energetickou úrovní každé vlny.
nejnižší energetické světelné vlny lámou nejméně, zatímco nejvyšší energetické vlny vykazují největší lom. Konečným výsledkem je rozptyl světla do duhy barev.
duhy jsou částečně výsledkem lomu slunečního světla dešťovou kapkou, která působí jako hranol.
takže pokud je sluneční světlo „bílé“, proč je obloha modrá?
atomy a molekuly obsahující plyny v atmosféře jsou mnohem menší než vlnové délky světla vyzařovaného sluncem.
když světelné vlny vstupují do atmosféry, začnou se rozptylovat ve všech směrech srážkami s atomy a molekulami. Tomu se říká Rayleigh scattering, pojmenovaný po lordu Rayleighovi.
barva oblohy je výsledkem rozptylu všech vlnových délek. Dosud, tento rozptyl není ve stejné části, ale silně vážený směrem k kratším vlnovým délkám.
jak sluneční světlo vstupuje do atmosféry, většina fialových světelných vln se rozptýlí nejprve, ale velmi vysoko v atmosféře, a proto není snadno vidět. Indigové barevné světelné vlny se rozptylují a lze je vidět z vysokých nadmořských výšek, jako jsou proudová letadla létající v normálních cestovních výškách.
dále se vlny modrého světla rozptylují rychlostí asi čtyřikrát silnější než vlny červeného světla. Objem rozptylu kratšími vlnami modrého světla (s dodatečným rozptylem fialovou a indigovou) dominuje rozptylu zbývajícími vlnovými délkami barev. Proto vnímáme modrou barvu oblohy.
pokud je obloha modrá, proč jsou mraky bílé?
na rozdíl od Rayleighova rozptylu, kde jsou světelné vlny mnohem menší než plyny v atmosféře, mají jednotlivé kapičky vody, které tvoří oblak, podobnou velikost jako vlnová délka slunečního světla. Když jsou kapičky a světelné vlny podobné velikosti, dochází k jinému rozptylu, nazývanému “ Mie “ rozptyl.
rozptyl Mie nerozlišuje jednotlivé barvy délky vlny, a proto rozptyluje všechny barvy délky vlny stejně. Výsledkem je stejně rozptýlené „bílé“ světlo ze slunce, a proto vidíme bílé mraky.
mraky však nejsou vždy bílé, protože zákal a prach v atmosféře mohou způsobit, že se objeví žluté, oranžové nebo červené. A jak mraky zahušťují, sluneční světlo procházející mrakem se zmenší nebo zablokuje, což dává oblaku šedou barvu. Pokud do oblaku nezasahuje přímé sluneční světlo, může odrážet barvu oblohy a vypadat namodrale.
Rayleigh a Mie
některé z nejmalebnějších mraků se vyskytují blízko východu a západu slunce, když se mohou objevit v brilantních žlutých, pomerančích a červených. Barvy jsou výsledkem kombinace Rayleigh a Mie rozptylu.
jak světlo prochází atmosférou, většina kratších modrých vlnových délek je rozptýlena a většina delších vln pokračuje. Převládající barva slunečního světla se proto mění na tyto delší vlnové délky.
také, když světlo vstupuje do atmosféry, láme se s největším ohybem ve své cestě poblíž zemského povrchu, kde je atmosféra nejhustší. To způsobí, že se cesta světla atmosférou prodlouží, což dále umožňuje větší rozptyl Rayleigha.
jak se světlo stále pohybuje atmosférou, žluté vlnové délky jsou rozptýleny a zanechávají oranžové vlnové délky. Další rozptyl oranžových vlnových délek zanechává červenou barvu jako převládající barvu slunečního světla.
proto je v blízkosti východu a západu slunce barva oblaku jakou barvu slunečního světla obdrží po Rayleighově rozptylu. Vidíme, že barva slunečního světla je díky rozptylu Mei, který rozptyluje všechny zbývající barvy vlnové délky stejně.
barva vnímání
někdy se na přímém slunečním světle objeví mraky šedé nebo tmavě šedé na modré obloze nebo větší pozadí bílých mraků. Obvykle existují dva důvody pro tento účinek.
- mraky mohou být poloprůhledné, což umožňuje, aby pozadí modré oblohy bylo vidět skrz mrak. Tím mu dává tmavší vzhled.
- častějším důvodem je kontrast mezi pozadím (modrá obloha nebo další mraky) a oblakem popředí překonává naši vizi. V podstatě, naše oči jsou podvedeny naším vnímáním mraků v popředí, které se zdají tmavé vzhledem k ohromujícímu jasu pozadí.
tento druhý důvod je důvod, proč sluneční skvrny vypadají tmavé. Jas slunce je založen na teplotě a teplota sluneční skvrny je nižší než okolní povrch Slunce.
vzhledem k povrchu slunce vypadají sluneční skvrny docela tmavé. Pokud by však byly sluneční skvrny izolovány od okolního jasu, byly by stále příliš jasné na to, aby se na ně dívaly nechráněným okem. Kontrast jasu mezi těmito dvěma je to, co způsobuje, že sluneční skvrny vypadají tmavé.