Co určuje barvu mraků? Proč jsou mraky bílé a mraky černé? Proč je obloha přes den modrá?
Krásu nebes více než jednou znázornili umělci, popsali spisovatelé a básníci, dokonce i lidé, kteří mají k umění velmi daleko, hledí do této svůdné propasti, obdivují ji, nenacházejí slova ani dostatek emocí k vyjádření pocitů, které vzrušují duše a mysli. Výšky přitahují člověka v jakékoli roli, je krásný svým křišťálově modrým povrchem, neméně atraktivní jsou jeho kypící proudy bílo-šedých mraků, vystřídané světlými inkluzemi cirrů nebo bujných kupovitých „jehňat“. A bez ohledu na to, jak melancholicky může vypadat zatažená obloha, zahalující svou hloubkou, ohlušující a utlačující celou svou hmotou, vyvolává také bouři emocí a zážitků, přivádějící myšlenky na zvláštní vlnu.
Krásu vidí pozorovatel
Každý člověk vnímá svět jinak. Pro někoho je ponurá a šedá, jiný naopak vidí jen rozkvetlou, zelenou planetu plnou barev. Jinak hodnotíme i nebesa nad hlavou. Pokud vezmeme v úvahu člověka s běžným vnímáním barev, pak uvidí oblohu tak, jak je běžně považována – modrou, šedou, narůžovělou při západu slunce, kouřově šedou při svítání.
Ve skutečnosti jsou tyto barvy pouze tím, co nám jsou schopny sdělit naše oči a mozek. Pro lidské oči je nejjednodušší vnímat zataženou oblohu jako šedou. Za jasného počasí máme nad hlavou nekonečné azuro, ale ve skutečnosti se atmosférická kupole při pohledu ze Země blíží spíše fialovému odstínu.
V této publikaci zjistíme, proč je obloha za zamračeného dne šedá a co určuje sytost této barvy, zjistíme také, jak se její barva v průběhu dne a roku mění a co tyto procesy ovlivňuje.
Bezedný oceán nahoře
Nad územím evropských zemí obloha v teplé sezóně obvykle udivuje svou bohatostí Někdy o ní můžete říci, že je modro-modrá. Pokud se však alespoň jeden den věnujete tomu, co se děje nad našimi hlavami a pozorně sledujete přírodní procesy, zaznamenáte gradaci barev, která se velmi mění od okamžiku, kdy slunce vyjde až do okamžiku, kdy úplně zapadne.
V létě se obloha zdá tak jasná a vizuálně vysoká díky nízké vlhkosti a absenci velkého množství mraků, které se hromadící vodou postupně propadají blíže k zemi. Za jasného počasí se náš pohled ani nepodívá na stovky metrů dopředu, ale na vzdálenost 1-1,5 km. Proto vnímáme oblohu jako vysokou a jasnou – absence interference v dráze světelných paprsků v atmosféře zajišťuje, že se nelámou a oči vnímají její barvu jako modrou.
Proč nebe mění barvu
Tuto změnu popisuje věda, i když ne tak malebně jako spisovatelé, a nazývá se difuzní záření oblohy. Jednoduše a pro čtenáře přístupným jazykem lze procesy tvorby barev na obloze vysvětlit následovně. Světlo, které Slunce vyzařuje, prochází vzduchovou vrstvou kolem Země, která ho rozptyluje. Tento proces probíhá jednodušeji u krátkých vln. Během maximálního vzestupu nebeského tělesa nad naší planetou, v bodě umístěném mimo její směr, bude pozorována nejjasnější a nejsytější modrá barva.
Když však slunce zapadá nebo vychází, jeho paprsky procházejí tangenciálně k povrchu Země, jimi vyzařované světlo musí urazit delší dráhu, což znamená, že jsou rozptýleny ve vzduchu v mnohem větší míře než ve dne. Díky tomu člověk ráno a večer vnímá oblohu v růžových a červených barvách. Tento jev je nejviditelnější, když je nad námi zatažená obloha. Mraky a mraky se pak velmi rozjasní, záře zapadajícího slunce je ohromí
Stormsteel
Ale co je to zatažená obloha? Proč se to tak stalo? Tento jev je jedním z článků koloběhu vody v přírodě. Částice vody stoupající vzhůru ve formě páry vstupují do vrstvy atmosféry s nižší teplotou. Hromadí se a ochlazují ve vysokých nadmořských výškách, spojují se a mění se v kapky. V tu chvíli, kdy jsou tyto částice ještě velmi malé, se našim očím objeví krásné bílé kupovité mraky. Čím jsou však kapky větší, tím je v oblacích více šedi.
Někdy při pohledu na oblohu, kterou se tato obrovská „jehňata“ vznáší, můžete vidět, že jedna z nich je natřena šedou barvou, zatímco jiné dokonce nabývají ocelového, hromového odstínu. Tato přeměna se vysvětluje tím, že kapky v oblacích mají různé velikosti a tvary, a proto různě lámou světlo. Když je obloha úplně zatažená, je celá vymalovaná v myších šedých tónech, k nám dopadá jen bílé světlo.
Obrovské zakouřené prostory
Jsou dny, kdy šedá zatažená obloha nemá jedinou paseku. To se děje, když je koncentrace mraků a mraků velmi vysoká, obklopují celý vizuální prostor nad nimi. Někdy jsou vnímány jako obrovská lisovací hmota, připravená ke kolapsu na hlavě. Tento jev se navíc nejcharakterističtěji projevuje na podzim a v zimě, kdy je teplota vzduchu nízká, ale vlhkost naopak vysoká a pohybuje se na úrovni 80-90 %.
V takových dnech jsou mraky velmi blízko zemského povrchu, nacházejí se jen sto nebo dva metry od něj. Popis zatažené oblohy má často melancholické a depresivní tóny, a to s největší pravděpodobností souvisí právě s těmi vjemy, které se objevují, když se cítíte sami s tímto ponurým kolosem, připraveným spadnout na vás deštěm a zimou.
Všechno ale mohlo být jinak...
To, v jakých tónech hraje obloha, závisí na intenzitě světelného záření a vlnové délce dopadající na planetu, proto je v zimě i za jasných dnů modromodrá. Ale čím blíže je jaro a čím je slunce výše, tím jasnější je jeho modř, zejména ve dnech, kdy se opar v horních vrstvách atmosféry, zkreslující světlo, rozptyluje.
Vědci zjistili, že na jiných planetách obloha nemusí mít vůbec obvyklé modré a šedé barvy, například na Marsu je růžová i ve výšce denního světla.
Navzdory vědeckému pokroku a volnému přístupu k mnoha zdrojům informací je vzácné, že člověk dokáže správně odpovědět na otázku, proč je nebe modré.
Proč je obloha přes den modrá nebo modrá?
Bílé světlo – které Slunce vyzařuje – se skládá ze sedmi částí barevného spektra: červené, oranžové, žluté, zelené, modré, indigové a fialové. Malá říkanka známá ze školy – „Každý lovec chce vědět, kde bažant sedí“ – přesně určuje barvy tohoto spektra počátečními písmeny každého slova. Každá barva má svou vlastní vlnovou délku světla: červená je nejdelší a fialová je nejkratší.
Nám známá obloha (atmosféra) se skládá z pevných mikročástic, drobných kapek vody a molekul plynu. Po dlouhou dobu existovalo několik chybných předpokladů, které se snažily vysvětlit, proč je obloha modrá:
- atmosféra, skládající se z drobných částeček vody a molekul různých plynů, dobře propouští paprsky modrého spektra a nedovoluje, aby se paprsky červeného spektra dotýkaly Země;
- Malé pevné částice - např. prach - suspendované ve vzduchu nejméně rozptylují modré a fialové vlnové délky a díky tomu se jim na rozdíl od jiných barev spektra podaří dostat až na povrch Země.
Tyto hypotézy podporovalo mnoho slavných vědců, ale výzkum anglického fyzika Johna Rayleigha ukázal, že to nejsou pevné částice, které jsou hlavní příčinou rozptylu světla. Jsou to molekuly plynů v atmosféře, které rozdělují světlo na barevné složky. Bílý sluneční paprsek, který se sráží s částicí plynu na obloze, se rozptyluje (rozptyluje) do různých směrů.
Když se srazí s molekulou plynu, každá ze sedmi barevných složek bílého světla se rozptýlí. Světlo s delšími vlnami (červená složka spektra, kam patří i oranžová a žlutá) se přitom rozptyluje hůře než světlo s krátkými vlnami (modrá složka spektra). Z tohoto důvodu zůstává po rozptýlení ve vzduchu osmkrát více barev modrého spektra než červené.
Ačkoli fialová má nejkratší vlnovou délku, obloha se stále jeví jako modrá kvůli směsi fialových a zelených vln. Navíc naše oči vnímají modrou barvu lépe než fialovou, a to při stejné jasnosti obou. Právě tyto skutečnosti určují barevné schéma oblohy: atmosféra je doslova naplněna paprsky modromodré barvy.
Proč je tedy západ slunce červený?
Ne vždy je však obloha modrá. Přirozeně vyvstává otázka: pokud celý den vidíme modrou oblohu, proč je západ slunce červený? Výše jsme zjistili, že červenou barvu nejméně rozptylují molekuly plynu. Při západu slunce se Slunce přibližuje k obzoru a sluneční paprsek směřuje k zemskému povrchu nikoli svisle jako ve dne, ale pod úhlem.
Cesta, kterou urazí atmosférou, je proto mnohem delší než cesta, kterou urazí během dne, kdy je Slunce vysoko. Z tohoto důvodu je modro-modré spektrum absorbováno v silné vrstvě atmosféry a nedosahuje Zemi. A delší světelné vlny červenožlutého spektra se dostávají na povrch Země a barví oblohu a mraky do červených a žlutých barev charakteristických pro západ slunce.
Proč jsou mraky bílé?
Pojďme se dotknout tématu mraků. Proč jsou na modré obloze bílé mraky? Nejprve si připomeňme, jak vznikají. Vlhký vzduch obsahující neviditelnou páru, ohřátý na povrchu země, stoupá a expanduje kvůli skutečnosti, že tlak vzduchu je nahoře menší. Jak se vzduch rozpíná, ochlazuje se. Když vodní pára dosáhne určité teploty, kondenzuje kolem atmosférického prachu a jiných suspendovaných pevných látek, což má za následek drobné kapičky vody, které se spojí a vytvoří mrak.
Navzdory své relativně malé velikosti jsou částice vody mnohem větší než molekuly plynu. A pokud se při setkání s molekulami vzduchu rozptylují sluneční paprsky, pak se při setkání s vodními kapkami světlo od nich odráží. V tomto případě původně bílý sluneční paprsek nemění svou barvu a zároveň „obarvuje“ molekuly mraků na bílo.
Víte, jak se objevují mraky, proč se některé stávají mraky, zatímco jiné zůstávají svěžími sněhobílými jehňaty? Náš úžasný nový produkt „Clouds“ vám o tom poví. Pozorujeme a studujeme“ – je pro opravdové milovníky mraků a proč všech věkových kategorií.
Proč jsou mraky bílé a mraky černé, jak se rodí mraky a přeludy a je pravda, že existuje Společnost milovníků mraků? Pojďme si promluvit.
To je motto The Cloud Appreciation Society, mezinárodní organizace založené v roce 2004 v Anglii Gavinem Praetorem-Pinneym. Sdružuje 30 000 milovníků cloudu z 94 zemí. Jsou to lidé, kteří sní o tom, že ostatním odhalí krásu zatažené oblohy. Přidejte se k nám!
Stačí si lehnout na trávu a pozorovat mraky. Nebo se jen podívejte nahoru. Kdykoli budete chtít.
Jak se rodí cloud?
Když se horký vzduch mísí se studeným, ochlazuje se a může dosáhnout svého rosného bodu. Dochází ke kondenzaci. Vodní pára, usazená na částici ve vzduchu, se mění v kapky nebo ledové krystaly, které, když se shromáždí, vytvoří mrak.
Nejčastěji se to stane, když horký vzduch stoupá ze země a setkává se se studeným vzduchem nahoře - v atmosféře. Jev podobný mrakům lze pozorovat i na povrchu Země. Země nebo voda, ohřátá během dne, se ochlazuje pomaleji než vzduch. Když se studený noční vzduch dostane do kontaktu s teplým vzduchem blízko povrchu země nebo vody, tvoří se mlha.
Ilustrace z knihy
Ano, ano, mlha se také skládá z prvků oblačnosti. Je to v podstatě velký mrak ležící na zemi.
Proč jsou mraky bílé a mraky černé?
Pokud jsou mraky tvořeny kapičkami, proč jsou bílé? Protože prvky mraků odrážejí světlo: krystaly a kapky se lesknou v paprscích slunce. A čím menší prvky a čím větší počet, tím bělejší je oblak.
Šedé, namodralé a černé bouřkové mraky se skládají ze stejných kapek. Jde jen o to, že v těžkých mracích na sebe mohou vrhat stíny (a dokonce i na sebe), a proto vypadají tmavší. Existují i hustší mraky – skládají se z velkých krystalů a kapek, takže sluneční paprsky jimi nemohou proniknout. Při pohledu ze země vypadají temně a zlověstně.
Ilustrace z knihy
Když je ale přeletíte třeba v letadle, budou úplně bílé.
Jak se tvoří fata morgána
Mrak se tvoří, když stoupá teplý vzduch. Tento horký stoupající proud vzduchu se nazývá termika. Vznášejí se na něm ptáci a kluzáky.
Stoupání je vidět, když se v horkém dni podíváte na zpevněnou cestu. Zdá se, že se vzduch nad asfaltem chvěje a cesta jako by byla pokryta loužemi. Tento jev se nazývá fata morgána.
Přelud lze vidět, když se setká horký a studený vzduch s různou hustotou. Na hranici médií s různou hustotou se paprsek světla láme a my vidíme přelud.
Mraky nejsou jen chomáče bavlny, které blokují slunce. Nejsou o nic méně krásné než hvězdy. Po přečtení této knihy se přesvědčíte sami.
Mnozí z nás si i ve vzdáleném dětství alespoň jednou položili podobnou otázku: proč je nebe nad námi modré? Světlo, které k nám dopadá přímo ze Slunce, je totiž v podstatě bílé, nikoli modré. S přibývajícím věkem však lidé o tuto problematiku pravděpodobně neztratili zájem. Mnohým by nevadilo uklidnit svou zvědavost a ještě zjišťovat, proč je nebeská klenba právě modrá.
Proč je nebe modré: fyzika
Fyzika vám pomůže proniknout do všech spletitostí této problematiky podrobněji, kde vědci již dávno přišli na důvody a vše důkladně prostudovali. Můžeme jen ochutnat plody jejich usilovné práce.
Začněme tedy tím, co naši planetu odlišuje od ostatních – přítomností vzduchu, který mohou živé organismy dýchat. Ačkoli jeho složení zahrnuje dusík, kyslík, oxid uhličitý, vodní páru a různé prachové částice, které jsou neustále v pohybu, přesto zůstává absolutně průhledný. Ale sluneční světlo má obrovské množství barev, jsou nám známé jako barvy duhy. Každá ze sedmi barev má svou vlnu, paprsek a všechny jsou různě dlouhé.
Aby se sluneční světlo dostalo na Zemi, musí prorazit obrovskou vrstvu vzduchu. Právě při průchodu světla vzduchem se paprsky začnou rozptylovat a u modré barvy k tomuto procesu dochází intenzivněji. To se vysvětluje velmi jednoduše – vlnová délka modrého světla je nejkratší. Tak se z fyzikálního hlediska vysvětluje modř oblohy.
Na naši otázku odpověděla fyzika "proč je nebe modré", ale co mraky, protože mají bílý nádech, i když jsou ve vzduchu. Bylo by logické předpokládat, že paprsky slunečního světla by byly rozptylovány skrz mraky stejně jako při průchodu vzduchem. K této problematice je ale potřeba přistupovat z trochu jiného úhlu.
Mraky jsou především drobné částečky vody, které se odpařily z povrchu Země a seskupily se do plynné hmoty. Ale bez ohledu na to, jak malé jsou tyto částice, budou stále mnohem větší než molekula vzduchu. Odpověď na tuto otázku spočívá ve velikosti molekul.
Jak víme, sluneční paprsky, pronikající do zemské atmosféry, narazí na své cestě na překážku – vzduch, který lze překonat pouze rozptylem. Tato metoda však nefunguje s mraky kvůli stejné velikosti molekul. Světlo při setkání s mikrokapičkou vody se neláme, ale naopak odráží od jejího povrchu.
To umožňuje, aby sluneční paprsek zůstal ve své původní barevné paletě, tedy bílé, a zároveň obarvil molekuly mraku na bílo.
Je velkým potěšením sledovat kupovité mraky procházející v létě a snažit se vysvětlit, proč jsou někdy světlé a někdy tmavé. Když je mrak osvětlen Sluncem, je oslnivě bílý, ale když mrak přejde nad námi, jeho základna zešedne nebo úplně ztmavne. Kapky vody v oblaku jsou tak blízko u sebe, že se jeví jako téměř zcela neprůhledné bílé těleso – bílé, protože světlo oblakem proniká obtížně, ale je velmi dobře odráženo četnými kapkami. Pokud je Slunce zakryto kupovitými mraky, zdají se být tmavé, ale okraje mraků jsou vždy světlé: "každý mrak má stříbrný okraj."
Rozložení světla a stínu nám tedy dává zajímavé informace o různých částech oblaku – horní, dolní, přední, zadní a o skutečném tvaru tohoto obrovského útvaru. Není vždy snadné získat správnou představu o jeho proporcích, stejně jako o poloze mraku ve vztahu ke Slunci. Pokud se například mraky nacházejí přede mnou a Slunce je nad nimi v určité vzdálenosti, budu zmaten, když uvidím pouze stíny (obr. 169, a). Neumím si představit tu velkolepost
Rýže. 169. Světlo a stíny na kupovitých oblacích: a) jak vidíme krajiny
pozorovatel, při pohledu od severu k jihu; b) mylné osobní dojmy pozorovatele a obrazu, který očekává, že uvidí; c) jak se věci mají ve skutečnosti. V případech b) ac) se pozorovatel dívá z východu na západ. Slunce je na jihu.
vzdálenost ke Slunci, nevědomky ji považuji za velmi blízkou a proto se mi zdá, že část AB by měla být osvětlena (obr. 169, 6). Sluneční paprsky osvětlující mrak totiž probíhají rovnoběžně s linií spojující Slunce s mým okem (obr. 169, c).
Bez ohledu na to, jak vrtošivá může být hra světla a stínu, bez ohledu na to, jak komplikovaná může být záležitost stíny vrhanými jedním mrakem na druhý, zdá se nemožné vysvětlit pouze tímto všechny rozdíly v barvách kupovitých mraků.
I. Levitan
Když se obloha po bouřce vyjasní a zbude na ní jen několik kupovitých mraků, jasně osvětlených Sluncem a umístěných tak, že stín jednoho z nich nemůže dopadat na druhý, tyto mraky jsou stále temnější a tmavší a nakonec před úplně zmizí, změní se na modročernou. Obecný dojem je, že tenké části kupovitých mraků viděných proti modré obloze nejsou „modré+bílé“ (jak by se dalo očekávat), ale „modré+černé“.
Na druhou stranu, kupovitý oblak se jeví šedý, když je viděn na pozadí jiného velkého oblaku, který je zcela bílý, takže o zvýšení jasu jednoduše kvůli zvětšení celkové tloušťky vrstev nemůže být řeč. Fyzika těchto jevů, ačkoli je pozorována denně, stále není dobře pochopena. Samozřejmě bychom měli být velmi opatrní na myšlenku, že mraky skutečně absorbují světlo; je třeba se nejprve pokusit vysvětlit tento jev tím, že předpokládáme, že mraky jsou pevné bílé útvary, pak si musíme uvědomit, že ve skutečnosti nejsou nic jiného než mlha rozptylující světlo, a nakonec zvážit, že mraky mohou obsahovat tmavé prachové částice.
Zajímavé je srovnání mraků s bílou párou (nikoli kouřem!) parní lokomotivy V některých případech se pára jeví bělejší při pohledu z většího úhlu k dopadajícímu světlu a méně jasná při pozorování ze směru od Slunce. , kdy oko vnímá paprsky odražené téměř ve směru dopadu. V jiných případech, bez ohledu na směr pohledu, je pára mnohem jasnější než nejjasnější části kupy; To může být způsobeno větší vzdáleností od mraků a útlumem světla v důsledku rozptylu ve vzduchu.
Georgy Nissky. Podzim. Semafory
Tmavé kupovité mraky se na velké vzdálenosti často objevují namodralé. Nejedná se o barvu samotných mraků, ale o světlo rozptýlené v atmosféře mezi mrakem a naším okem. Čím dále je takový tmavý mrak vzdálen, tím více se jeho barva blíží barvě oblohy. Na druhé straně jasné mraky blízko obzoru zežloutnou.
Měli bychom zvážit i další mraky a pokusit se například vysvětlit, proč jsou dešťové mraky tak šedé, proč mají bouřkové mraky zvláštní barvu olova viditelnou vedle vybledlé oranžové, není to prach? Naše informace o tom všem jsou však natolik neúplné, že se omezíme na výzvu čtenáře k samostatnému pozorování.
Rozložení jasu po nebeské klenbě, když je zcela a rovnoměrně pokryto mraky, je velmi charakteristické a zdá se, že doplňuje rozložení na jasné obloze. Porovnejte například pomocí zrcadla zenit a horizont: při jasné obloze je zenit vždy tmavší; Poměr jasu se pohybuje od 3 do 5 (fotografie X1X a XX).