a felhő színe elsősorban a kapott fény színétől függ. A Föld természetes fényforrása a nap, amely ‘fehér’ fényt biztosít. A fehér fény egyesíti a látható spektrum összes színét, amely a látható színtartomány.
a látható spektrum minden színe különböző hosszúságú elektromágneses hullámokat képvisel. A színek változnak, ahogy a hullámhossz növekszik az ibolyáról az indigóra, a kékre, a zöldre, a sárgára, a narancsra, a vörösre és a mélyvörösre.
a fényhullám hosszának növekedésével az energiája csökken. Ez azt jelenti, hogy az ibolyát, az indigót és a kéket alkotó fényhullámok magasabb energiaszinttel rendelkeznek, mint a sárga, a narancs és a vörös.
a napfény színeinek egyik módja a prizma használata. A fény sebessége kissé csökken, amikor a prizmába mozog, ami kissé meghajlik. Ezt refrakciónak nevezik. A fénytörés mértéke az egyes hullámok energiaszintjétől függ.
a legalacsonyabb energiájú fényhullámok törik a legkevésbé, míg a legmagasabb energiahullámok mutatják a legnagyobb fénytörést. A végeredmény a fény szétszóródása a színek szivárványává.
a szivárványok részben a napfény fénytörésének eredménye egy esőcseppen keresztül, amely prizmaként működik.
ha a napfény fehér, miért kék az ég?
a légkörben lévő gázokat alkotó atomok és molekulák sokkal kisebbek, mint a nap által kibocsátott fény hullámhossza.
amint a fényhullámok belépnek a légkörbe, atomokkal és molekulákkal ütközve minden irányba szétszóródnak. Ezt hívják Rayleigh szórás, Lord Rayleigh-ről nevezték el.
az ég színe az összes hullámhossz szétszóródásának eredménye. Mégis, ez a szórás nem egyenlő részben van, hanem erősen súlyozott a rövidebb hullámhosszak felé.
amint a napfény belép a légkörbe, az ibolya fényhullámok nagy része először szétszóródik, de nagyon magasan a légkörben, ezért nem láthatók könnyen. Az indigó színű fényhullámok szétszóródnak, és nagy magasságokból láthatók, mint például a normál cirkáló magasságban repülő sugárhajtású repülőgépek.
ezután a kék fényhullámok körülbelül négyszer erősebbek, mint a vörös fényhullámok. A rövidebb kék fényhullámok (további ibolya és indigó szórással) által történő szórás mennyisége dominál a fennmaradó színhullámhosszakon. Ezért érzékeljük az ég kék színét.
ha az ég kék, miért fehérek a felhők?
a Rayleigh-szórással ellentétben, ahol a fényhullámok sokkal kisebbek, mint a légkörben lévő gázok, a felhőt alkotó egyes vízcseppek hasonló méretűek, mint a napfény hullámhossza. Amikor a cseppek és a fényhullámok hasonló méretűek, akkor egy másik szórás, az úgynevezett Mie szórás történik.
a Mie szórás nem különbözteti meg az egyes hullámhosszú színeket, ezért az összes hullámhosszú színt ugyanúgy szórja. Az eredmény egyformán szétszórt fehér fény a napból, ezért fehér felhőket látunk.
mégis, a felhők nem mindig jelennek meg fehérnek, mert a köd és a por a légkörben sárga, narancssárga vagy vörös színt okozhat. Ahogy a felhők sűrűsödnek, a felhőn áthaladó napfény csökken vagy blokkolódik, szürke színt adva a felhőnek. Ha a felhőt nem éri közvetlen napfény, az visszaverheti az ég színét, és kékesnek tűnhet.
Rayleigh és Mie
a legfestőibb felhők Napkelte és napnyugta közelében fordulnak elő, amikor ragyogó sárgákban, narancsokban és vörösben jelennek meg. A színek a Rayleigh és a Mie szórás kombinációjából származnak.
amint a fény áthalad a légkörben, a rövidebb kék hullámhossz nagy része szétszóródik, így a hosszabb hullámok többsége folytatódik. Ezért a napfény túlsúlyban lévő színe ezekre a hosszabb hullámhosszokra változik.
továbbá, amint a fény belép a légkörbe, az útjában a legnagyobb kanyarral tör vissza a föld felszíne közelében, ahol a légkör a legsűrűbb. Ez meghosszabbítja a fény útját a légkörben, tovább lehetővé téve a Rayleigh-szórást.
ahogy a fény tovább mozog a légkörben, a sárga hullámhosszak szétszóródnak, így narancssárga hullámhosszúak maradnak. A narancssárga hullámhossz további szétszóródása vörös színt hagy a napfény domináns színeként.
ezért napkelte és napnyugta közelében a felhő színe az, amit a napfény színe kap Rayleigh szórása után. Látjuk, hogy a napfény színe miatt Mei szórás, amely szétszórja az összes fennmaradó hullámhossz színek egyaránt.
az észlelés színe
néha közvetlen napfényben a felhők szürkének vagy sötétszürkének tűnnek a kék ég vagy a fehér felhők nagyobb hátterében. Ennek a hatásnak általában két oka van.
- a felhők félig átlátszóak lehetnek, ami lehetővé teszi, hogy a háttér kék ég látható legyen a felhőn keresztül. Ezáltal sötétebb megjelenést kölcsönöz neki.
- a leggyakoribb ok a háttér (kék ég vagy további felhők) és az előtér felhő közötti kontraszt, amely elárasztja a látást. Lényegében a szemünket becsapják azzal a felfogással, hogy az előtér felhői sötétnek tűnnek a háttér elsöprő fényességéhez képest.
ez utóbbi oka annak, hogy a napfoltok sötétnek tűnnek. A nap fényessége a hőmérséklettől függ, és a napfolt hőmérséklete alacsonyabb, mint a nap környező felszíne.
a nap felszínéhez képest a napfoltok meglehetősen sötétnek tűnnek. Ha azonban a napfoltokat elkülönítenék a környező fényességtől, akkor is túl fényesek lennének ahhoz, hogy védtelen szemmel nézzék. A kettő közötti fényerő kontrasztja okozza a napfoltok sötétségét.