kolor chmury zależy przede wszystkim od koloru światła, które otrzymuje. Naturalnym źródłem światła Ziemi jest słońce, które dostarcza „białego” światła. Białe światło łączy wszystkie kolory w „widmie widzialnym”, czyli gamie kolorów, które widzimy.
każdy kolor w widmie widzialnym reprezentuje fale elektromagnetyczne o różnej długości. Kolory zmieniają się wraz ze wzrostem długości fali od fioletowego do indygo do niebieskiego, zielonego, żółtego, pomarańczowego, czerwonego i głębokiej czerwieni.
wraz ze wzrostem długości fali świetlnej jej energia maleje. Oznacza to, że fale świetlne, które tworzą fiołki, indygo i niebieski, mają wyższy poziom energii niż żółty, pomarańczowy i czerwony.
jednym ze sposobów, aby zobaczyć kolory światła słonecznego jest użycie pryzmatu. Prędkość światła zmniejsza się nieznacznie, gdy porusza się w pryzmacie, powodując jego nieznaczne zgięcie. To się nazywa refrakcja. Stopień załamania różni się w zależności od poziomu energii każdej fali.
fale świetlne o najniższej energii załamują się najmniej,podczas gdy fale o najwyższej energii wykazują największe załamanie. Efektem końcowym jest rozproszenie światła w tęczę kolorów.
tęcze są częściowo wynikiem załamania światła słonecznego przez kroplę deszczu, która działa jak pryzmat.
jeśli więc światło słoneczne jest „białe”, dlaczego niebo jest niebieskie?
atomy i cząsteczki zawierające gazy w atmosferze są znacznie mniejsze niż długości fal światła emitowanego przez słońce.
gdy fale świetlne wchodzą do atmosfery, zaczynają rozpraszać się we wszystkich kierunkach przez zderzenia z atomami i cząsteczkami. Nazywa się to rozpraszaniem Rayleigha, nazwane na cześć Lorda Rayleigha.
kolor nieba jest wynikiem rozpraszania wszystkich długości fal. Jednak to rozpraszanie nie jest w równej części, ale mocno ważone w kierunku krótszych fal.
gdy światło słoneczne wchodzi do atmosfery, wiele fioletowych fal świetlnych rozprasza się najpierw, ale bardzo wysoko w atmosferze i dlatego nie jest łatwo widoczne. Fale świetlne w Kolorze Indigo rozpraszają się dalej i można je zobaczyć z dużych wysokości, takich jak samoloty odrzutowe latające na normalnych wysokościach przelotowych.
następnie fale niebieskiego światła rozpraszają się w tempie około cztery razy silniejszym niż fale czerwonego światła. Objętość rozpraszania przez krótsze fale światła niebieskiego (z dodatkowym rozpraszaniem przez fiolet i indygo) dominuje rozpraszanie przez pozostałe długości fal koloru. Dlatego dostrzegamy niebieski kolor nieba.
skoro niebo jest niebieskie, to dlaczego chmury są białe?
w przeciwieństwie do rozpraszania Rayleigha, gdzie fale świetlne są znacznie mniejsze niż gazy w atmosferze, pojedyncze krople wody tworzące chmurę są podobne do długości fali światła słonecznego. Gdy krople i fale świetlne są podobnej wielkości, następuje inne rozpraszanie, zwane rozpraszaniem „Mie”.
rozpraszanie Mie nie różnicuje poszczególnych kolorów długości fali i dlatego rozprasza wszystkie kolory długości fali tak samo. Rezultatem jest równomiernie rozproszone „białe” światło od słońca i dlatego widzimy białe chmury.
jednak chmury nie zawsze wydają się białe, ponieważ mgła i pył w atmosferze mogą spowodować, że będą wyglądały na żółte, pomarańczowe lub czerwone. Gdy chmury się zagęszczają, światło słoneczne przechodzące przez chmurę maleje lub jest blokowane, nadając chmurze szary kolor. Jeśli nie ma bezpośredniego światła słonecznego uderzającego w chmurę, może ona odzwierciedlać Kolor nieba i wydawać się niebieskawa.
Rayleigh i Mie
niektóre z najbardziej malowniczych chmur występują w pobliżu wschodu i zachodu Słońca, kiedy mogą pojawić się w jaskrawych żółciach, pomarańczach i czerwieniach. Kolory wynikają z kombinacji rozpraszania Rayleigha i Mie.
gdy światło przechodzi przez atmosferę, większość krótszych fal niebieskich jest rozproszona, pozostawiając większość dłuższych fal do kontynuowania. Dlatego dominujący kolor światła słonecznego zmienia się na te dłuższe długości fal.
również, gdy światło wchodzi do atmosfery, załamuje się z największym zakrętem w swojej drodze w pobliżu powierzchni ziemi, gdzie atmosfera jest najbardziej gęsta. Powoduje to, że ścieżka światła przez atmosferę wydłuża się, co dodatkowo pozwala na więcej rozpraszania Rayleigha.
gdy światło nadal porusza się przez atmosferę, żółte fale są rozproszone, pozostawiając pomarańczowe. Dalsze rozpraszanie pomarańczowych długości fal pozostawia czerwony jako dominujący kolor światła słonecznego.
dlatego, w pobliżu wschodu i zachodu Słońca, kolor chmury jest tym, co kolor światła słonecznego otrzymuje po rozproszeniu Rayleigha. Widzimy, że kolor światła słonecznego z powodu rozpraszania Mei, które rozprasza wszystkie pozostałe kolory długości fali równo.
Kolor percepcji
czasami w bezpośrednim świetle słonecznym chmury wydają się szare lub ciemnoszare na niebieskim niebie lub większym tle białych chmur. Zazwyczaj istnieją dwa powody tego efektu.
- chmury mogą być półprzezroczyste, co pozwala widzieć niebieskie niebo w tle przez chmurę. Tym samym nadając mu ciemniejszy wygląd.
- częstszym powodem jest kontrast między tłem (błękitne niebo lub dodatkowe chmury) a chmurą pierwszego planu przytłacza naszą wizję. Zasadniczo nasze oczy są oszukane naszym postrzeganiem chmur pierwszego planu, które wydają się ciemne w stosunku do przytłaczającej jasności tła.
ten ostatni powód jest powodem, dla którego plamy słoneczne wyglądają na ciemne. Jasność Słońca zależy od temperatury, a temperatura plam słonecznych jest niższa niż otaczająca powierzchnia słońca.
w stosunku do powierzchni Słońca plamy słoneczne wydają się dość ciemne. Jeśli jednak plamy słoneczne byłyby odizolowane od otaczającej ich jasności, nadal byłyby zbyt jasne, aby patrzeć na nie niezabezpieczonym okiem. Kontrast w jasności między nimi powoduje, że plamy słoneczne wydają się ciemne.