culoarea unui nor depinde în primul rând de culoarea luminii pe care o primește. Sursa naturala de lumina a Pamantului este soarele care furnizeaza lumina alba. Lumina albă combină toate culorile din spectrul vizibil, care este gama de culori pe care o putem vedea.
fiecare culoare din spectrul vizibil reprezintă unde electromagnetice de lungimi diferite. Culorile se schimbă pe măsură ce lungimea de undă crește de la violet la indigo la albastru, verde, galben, portocaliu, roșu și roșu intens.
pe măsură ce lungimea undei luminoase crește, energia acesteia scade. Aceasta înseamnă că undele luminoase care alcătuiesc violetele, indigo și albastru au niveluri de energie mai mari decât galbenul, portocaliul și roșul.
o modalitate de a vedea culorile luminii solare este prin utilizarea unei prisme. Viteza luminii scade ușor pe măsură ce se deplasează în prismă, determinând-o să se îndoaie ușor. Aceasta se numește refracție. Gradul de refracție variază în funcție de nivelul de energie fiecare val.
undele de lumină cu cea mai mică energie refractă cel mai puțin, în timp ce undele de energie Cele mai înalte prezintă cea mai mare refracție. Rezultatul final este o dispersie a luminii într-un curcubeu de culori.
curcubeele sunt parțial rezultatul refracției luminii solare printr-o picătură de ploaie, care acționează ca o prismă.
deci, dacă lumina soarelui este albă, de ce este cerul albastru?
atomii și moleculele care conțin gaze în atmosferă sunt mult mai mici decât lungimile de undă ale luminii emise de soare.
pe măsură ce undele luminoase intră în atmosferă, ele încep să se împrăștie în toate direcțiile prin coliziuni cu atomi și molecule. Aceasta se numește împrăștiere Rayleigh, numită după Lord Rayleigh.
culoarea cerului este rezultatul împrăștierii tuturor lungimilor de undă. Cu toate acestea, această împrăștiere nu este în proporție egală, ci puternic ponderată spre lungimile de undă mai scurte.
pe măsură ce lumina soarelui intră în atmosferă, o mare parte din undele de lumină violetă se împrăștie mai întâi, dar foarte înalte în atmosferă și, prin urmare, nu sunt ușor văzute. Undele luminoase de culoare Indigo se împrăștie în continuare și pot fi văzute de la altitudini mari, cum ar fi avioanele cu reacție care zboară la altitudini normale de croazieră.
apoi, undele de lumină albastră se împrăștie cu o rată de aproximativ patru ori mai puternică decât undele de lumină roșie. Volumul de împrăștiere de către undele de lumină albastră mai scurte (cu împrăștiere suplimentară de violet și indigo) domină împrăștierea prin lungimile de undă de culoare rămase. Prin urmare, percepem culoarea albastră a cerului.
dacă cerul este albastru, de ce sunt norii albi?
spre deosebire de împrăștierea Rayleigh, unde undele luminoase sunt mult mai mici decât gazele din atmosferă, picăturile individuale de apă care alcătuiesc un nor sunt de dimensiuni similare cu lungimea de undă a luminii solare. Când picăturile și undele luminoase au dimensiuni similare, apare o împrăștiere diferită, numită împrăștiere Mie.
împrăștierea Mie nu diferențiază culorile individuale ale lungimii de undă și, prin urmare, împrăștie toate culorile lungimii de undă la fel. Rezultatul este la fel de împrăștiat lumina albă de la soare și, prin urmare, vedem nori albi.
cu toate acestea, norii nu apar întotdeauna albi, deoarece ceața și praful din atmosferă îi pot face să pară galbeni, portocalii sau roșii. Și pe măsură ce norii se îngroașă, lumina soarelui care trece prin nor se va diminua sau va fi blocată, dând norului o culoare Gri. Dacă nu există lumină directă a soarelui care să lovească norul, acesta poate reflecta culoarea cerului și poate apărea albăstrui.
Rayleigh și Mie
unii dintre cei mai pitorești nori apar aproape de răsărit și apus, când pot apărea în galben strălucitor, portocale și roșii. Culorile rezultă dintr-o combinație de împrăștiere Rayleigh și Mie.
pe măsură ce lumina trece prin atmosferă, majoritatea lungimilor de undă albastre mai scurte sunt împrăștiate, lăsând majoritatea undelor mai lungi să continue. Prin urmare, culoarea predominantă a luminii solare se schimbă la aceste lungimi de undă mai lungi.
de asemenea, pe măsură ce lumina intră în atmosferă, ea se refractă cu cea mai mare îndoire în calea sa lângă suprafața pământului, unde atmosfera este cea mai densă. Acest lucru face ca calea luminii prin atmosferă să se prelungească, permițând în continuare mai multă împrăștiere Rayleigh.
pe măsură ce lumina continuă să se miște prin atmosferă, lungimile de undă galbene sunt împrăștiate lăsând lungimile de undă portocalii. Împrăștierea în continuare a lungimilor de undă portocalii lasă roșu ca culoarea predominantă a luminii solare.
prin urmare, aproape de răsărit și apus, culoarea unui nor este culoarea luminii solare pe care o primește după împrăștierea Rayleigh. Vedem că culoarea luminii solare se datorează împrăștierii Mei, care împrăștie în mod egal toate culorile de lungime de undă rămase.
culoarea percepției
uneori, sub lumina directă a soarelui, norii vor apărea gri sau gri închis pe un cer albastru sau pe un fundal mai mare de nori albi. De obicei, există două motive pentru acest efect.
- norii pot fi semi-transparenți, ceea ce permite ca cerul albastru de fundal să fie văzut prin nor. Astfel, oferindu-i un aspect mai întunecat.
- un motiv mai frecvent este contrastul dintre fundal (cer albastru sau nori suplimentari) și nor prim-plan copleșește viziunea noastră. În esență, ochii noștri sunt păcăliți cu percepția noastră despre norii din prim plan care apar întunecați în raport cu strălucirea copleșitoare a fundalului.
acest ultim motiv este motivul pentru care petele solare arată întunecate. Luminozitatea Soarelui se bazează pe temperatură, iar temperatura unei pete solare este mai mică decât suprafața înconjurătoare a soarelui.
în raport cu suprafața Soarelui, petele solare par destul de întunecate. Cu toate acestea, dacă petele solare ar fi izolate de strălucirea din jur, acestea ar fi totuși prea strălucitoare pentru a privi cu ochiul neprotejat. Contrastul luminozității dintre cele două este ceea ce face ca petele solare să pară întunecate.