a cor de uma nuvem depende principalmente da cor da luz que recebe. A fonte natural de luz da Terra é o sol que fornece a luz ‘branca’. A luz branca combina todas as cores no ‘espectro visível’, que é a gama de cores que podemos ver.
cada cor no espectro visível representa ondas eletromagnéticas de diferentes comprimentos. As cores mudam à medida que o comprimento de onda aumenta de violeta para indigo para Azul, Verde, Amarelo, Laranja, Vermelho e vermelho profundo.
à medida que o comprimento de uma onda de luz aumenta, a sua energia diminui. Isto significa que as ondas de luz que compõem violetas, índigo e azul têm níveis de energia mais elevados do que o amarelo, laranja e vermelho.
uma maneira de ver as cores da luz solar é através do uso de um prisma. A velocidade da luz diminui ligeiramente à medida que se move para o prisma, fazendo com que se dobre ligeiramente. Isto é chamado refração. O grau de refração varia com o nível de energia de cada onda.
as mais baixas ondas de luz de energia refratam menos, enquanto as mais altas ondas de energia exibem a maior refração. O resultado final é uma dispersão de luz em um arco-íris de cores.Arco-íris são em parte o resultado da refração da luz solar através de uma gota de chuva, que age como um prisma.
então, se a luz do sol é branca, porque é que o céu é azul?
os átomos e moléculas que compõem gases na atmosfera são muito menores do que os comprimentos de onda da luz emitida pelo sol.À medida que as ondas de luz entram na atmosfera, elas começam a se dispersar em todas as direções por colisões com átomos e moléculas. Chama-se Rayleigh scattering, em homenagem a Lorde Rayleigh.
a cor do céu é um resultado da dispersão de todos os comprimentos de onda. No entanto, esta dispersão não está em porção igual, mas pesando pesadamente para os comprimentos de onda mais curtos.Como a luz solar entra na atmosfera, muitas das ondas de luz violeta se espalham primeiro, mas muito altas na atmosfera e, portanto, não são facilmente vistas. Ondas de luz de cor índigo se dispersam em seguida e podem ser vistas a partir de altas altitudes, como aviões a jato voando em altitudes normais de cruzeiro.
em seguida, as ondas de luz azul se dispersam a uma taxa de cerca de quatro vezes mais forte do que as ondas de luz vermelha. O volume de dispersão pelas ondas de luz azul mais curtas (com dispersão adicional por violeta e índigo) dominam a dispersão pelos comprimentos de onda restantes. Portanto, percebemos a cor Azul do céu.Se o céu é azul, por que as nuvens são brancas?
ao contrário da dispersão de Rayleigh, onde as ondas de luz são muito menores que os gases na atmosfera, as gotículas de água individuais que compõem uma nuvem são de tamanho semelhante ao comprimento de onda da luz solar. Quando as gotículas e as ondas de luz são de tamanho semelhante, então uma dispersão diferente, chamada dispersão ‘Mie’, ocorre.
a dispersão de Mie não diferencia as cores individuais de comprimento de onda e, portanto, dispersa todas as cores de comprimento de onda iguais. O resultado é igualmente espalhada luz ‘branca’ do sol e, portanto, vemos nuvens brancas.
no entanto, as nuvens nem sempre parecem brancas porque a neblina e a poeira na atmosfera podem fazê-las parecer amarelas, alaranjadas ou vermelhas. E à medida que as nuvens crescem, a luz do sol que passa através da nuvem diminuirá ou será bloqueada, dando à nuvem uma cor cinzenta. Se não houver luz solar direta atingindo a nuvem, ela pode refletir a cor do céu e parecer azulado.
Rayleigh e Mie
algumas das nuvens mais pitorescas ocorrem perto do nascer do sol e do pôr-do-sol quando podem aparecer em amarelos brilhantes, laranjas e vermelhos. As cores resultam de uma combinação de Rayleigh e Mie espalhando.À medida que a luz passa pela atmosfera, a maioria dos comprimentos de onda azuis mais curtos são dispersos, deixando a maioria das ondas mais longas para continuar. Portanto, a cor predominante da luz solar muda para estes comprimentos de onda mais longos.
também, à medida que a luz entra na atmosfera, ela se refrata com a maior curva em seu caminho perto da superfície da terra, onde a atmosfera é mais densa. Isso faz com que o caminho da luz através da atmosfera se alongue, permitindo ainda mais dispersão de Rayleigh.Como a luz continua a mover-se embora a atmosfera, comprimentos de onda amarelos são dispersos deixando comprimentos de onda laranja. Mais espalhamento de comprimentos de onda laranja deixa vermelho como a cor predominante da luz solar.
portanto, perto do nascer do sol e do pôr-do-sol, a cor de uma nuvem é a cor da luz solar que recebe após a dispersão de Rayleigh. Vemos a cor da luz do sol devido à dispersão de Mei, que dispersa todas as cores de comprimento de onda restantes igualmente.
A cor da percepção
às vezes, sob luz solar direta, as nuvens aparecerão cinza ou cinza escuro contra um céu azul ou fundo maior de nuvens brancas. Existem normalmente duas razões para este efeito.
- as nuvens podem ser semi-transparentes, o que permite que o céu azul de fundo seja visto através da nuvem. Dando – lhe assim uma aparência mais escura.
- uma razão mais comum é o contraste entre o fundo (céu azul ou nuvens adicionais) e a nuvem de primeiro plano sobrecarrega a nossa visão. Em essência, nossos olhos são enganados com nossa percepção de nuvens de primeiro plano aparecendo escuras em relação ao brilho esmagador do fundo.Esta última razão é a razão pela qual as manchas solares parecem escuras. O brilho do sol é baseado na temperatura e a temperatura de uma mancha solar é menor do que a superfície circundante do sol.Em relação à superfície do sol, as manchas solares parecem bastante escuras. No entanto, se as manchas solares fossem isoladas do brilho circundante, elas ainda seriam muito brilhantes para olhar com o olho desprotegido. O contraste no brilho entre os dois é o que faz com que as manchas solares apareçam escuras.