farven på en sky afhænger primært af farven på det lys, den modtager. Jordens naturlige lyskilde er solen, der giver ‘hvidt’ lys. Hvidt lys kombinerer alle farverne i det’ synlige spektrum’, som er det udvalg af farver, vi kan se.
hver farve i det synlige spektrum repræsenterer elektromagnetiske bølger af forskellig længde. Farverne ændres, når bølgelængden stiger fra violet til indigo til blå, grøn, gul, orange, rød og dyb rød.
når en lysbølges længde stiger, falder dens energi. Dette betyder, at lysbølgerne, der udgør violer, indigo og blå, har højere energiniveauer end de gule, orange og røde.
en måde at se sollysets farver på er ved brug af et prisme. Lysets hastighed falder lidt, når den bevæger sig ind i prisme, hvilket får den til at bøje lidt. Dette kaldes brydning. Graden af brydning varierer med energiniveauet hver bølge.
De laveste energi lysbølger bryder mindst, mens de højeste energibølger udviser den største brydning. Slutresultatet er en spredning af lys i en regnbue af farver.
regnbuer er delvis resultatet af sollysbrydning gennem et regnfald, der fungerer som et prisme.
så hvis sollyset er ‘hvidt’, hvorfor er himlen blå?
atomer og molekyler, der omfatter gasser i atmosfæren, er meget mindre end bølgelængderne af lys, der udsendes af solen.
når lysbølger kommer ind i atmosfæren, begynder de at sprede sig i alle retninger ved kollisioner med atomer og molekyler. Dette kaldes Rayleigh spredning, opkaldt efter Lord Rayleigh.
himmelens farve er et resultat af spredning af alle bølgelængder. Alligevel er denne spredning ikke i lige stor del, men stærkt vægtet mod de kortere bølgelængder.
når sollys kommer ind i atmosfæren, spredes meget af de violette lysbølger først, men meget højt i atmosfæren og ses derfor ikke let. Indigo farve lysbølger spredes næste og kan ses fra store højder som jetfly, der flyver ved normale cruising højder.
derefter spredes blå lysbølger med en hastighed, der er cirka fire gange stærkere end røde lysbølger. Volumenet af spredning af de kortere blå lysbølger (med yderligere spredning af violet og indigo) dominerer spredning af de resterende farvebølgelængder. Derfor opfatter vi Himmelens blå farve.
hvis himlen er blå, hvorfor er skyer hvide?
i modsætning til Rayleigh-spredning, hvor lysbølgerne er meget mindre end gasserne i atmosfæren, er de individuelle vanddråber, der udgør en sky, af samme størrelse som sollysets bølgelængde. Når dråberne og lysbølgerne er af samme størrelse, forekommer der en anden spredning, kaldet ‘Mie’ – spredning.
Mie-spredning adskiller ikke individuelle bølgelængdefarver og spreder derfor alle bølgelængdefarver ens. Resultatet er lige så spredt ‘hvidt’ lys fra solen, og derfor ser vi hvide skyer.
alligevel ser skyer ikke altid hvide ud, fordi tåge og støv i atmosfæren kan få dem til at virke gule, orange eller røde. Og når skyer bliver tykkere, vil sollys, der passerer gennem skyen, mindskes eller blokeres, hvilket giver Skyen en grå farve. Hvis der ikke er direkte sollys, der rammer skyen, kan det afspejle himmelens farve og virke blålig.
Rayleigh og Mie
nogle af de mest maleriske skyer forekommer tæt på solopgang og solnedgang, når de kan vises i strålende gule, appelsiner og røde. Farverne er resultatet af en kombination af Rayleigh og Mie spredning.
når lys passerer gennem atmosfæren, spredes de fleste af de kortere blå bølgelængder, hvilket efterlader størstedelen af længere bølger at fortsætte. Derfor ændres den overvejende farve af sollys til disse længere bølgelængder.
når lyset kommer ind i atmosfæren, bryder det også med den største bøjning i sin sti nær jordens overflade, hvor atmosfæren er mest tæt. Dette får lysets vej gennem atmosfæren til at forlænge, hvilket yderligere giver mulighed for mere Rayleigh-spredning.
når lyset fortsætter med at bevæge sig gennem atmosfæren, er gule bølgelængder spredt og efterlader orange bølgelængder. Yderligere spredning af orange bølgelængder efterlader rødt som den dominerende farve af sollys.
derfor, nær solopgang og solnedgang, er en skyens farve, hvilken sollysfarve den modtager efter Rayleigh-spredning. Vi ser, at sollysets farve på grund af Mei-spredning, der spreder alle resterende bølgelængdefarver ens.
farven på opfattelsen
nogle gange, under direkte sollys, vises skyer grå eller mørkegrå mod en blå himmel eller større baggrund af hvide skyer. Der er normalt to grunde til denne effekt.
- skyerne kan være halvgennemsigtige, hvilket gør det muligt at se baggrunden blå himmel gennem skyen. Derved giver det et mørkere udseende.
- en mere almindelig årsag er kontrasten mellem baggrunden (blå himmel eller yderligere skyer) og forgrundsskyen overvælder vores vision. I det væsentlige narres vores øjne med vores opfattelse af forgrundsskyer, der forekommer mørke i forhold til baggrundens overvældende lysstyrke.
denne sidstnævnte grund er, hvorfor solpletter ser mørke ud. Solens lysstyrke er baseret på temperatur, og en solplets temperatur er lavere end den omgivende overflade af solen.
i forhold til solens overflade ser solpletter ret mørke ud. Men hvis solpletter blev isoleret fra den omgivende lysstyrke, ville de stadig være for lyse til at se på med det ubeskyttede øje. Kontrasten i lysstyrke mellem de to er, hvad der får solpletter til at virke mørke.