Proč jsou mraky bílé a mraky tmavé? Proč jsou mraky bílé a mraky černé? Všechno ale mohlo být jinak...
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“ – to 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, vytvoří 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 jsou prvky velikosti a čím více jich je, tím je oblak bělejší.
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 kapiček, 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.
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 mraku jsou tak blízko u sebe, že se jeví jako téměř zcela neprůhledné bílé těleso - bílé, protože světlo mrakem stěží proniká, 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 viděné 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 také zvážit další mraky a pokusit se vysvětlit například, 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).
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 daří na rozdíl od jiných barev spektra dostat až na povrch Země.
Tyto hypotézy podporovalo mnoho slavných vědců, ale výzkum anglického fyzika Johna Rayleigha ukázal, že pevné částice nejsou 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 rozptylu 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 tlusté vrstvě atmosféry a nedosahuje Zemi. A delší světelné vlny červenožlutého spektra dosahují povrchu 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.
Pokud při pohledu z okna vidíte, jak je obloha pokryta olověnými mraky, a nemůžete pochopit důvod toho, co se stalo, pak je to v pořádku. Možná budete jen potřebovat zaplnit mezery ve znalostech nebo si osvěžit paměť, abyste si lépe uvědomovali, odkud se mraky berou. A i tak pochopíte, zda se jich máte bát.
Co jsou mraky
Bez ohledu na to, jak mraky vypadají na obloze, zda jsou téměř průhledné, jako závoj nebo neproniknutelné, jako olověný mrak, všechny jsou vyrobeny z vody. Faktem je, že při zahřátí vzduchu se vlhkost nacházející se na povrchu země dostává do plynného skupenství a stoupá nahoru, kde vlivem nižší teploty vzduchu kondenzuje. Pro vznik mraků je však nutný jeden detail – prach. Již na začátku procesu jejich vzniku se molekuly vody lepí na její nejmenší částice, poté se tvoří kapky a ledové krystalky, které se později stanou deštěm. Za příznivých podmínek pro růst mraky nabývají na objemu, těžknou, klesají níž a níž a nakonec jejich obsah vypadává jako srážky.
Výška oblačnosti se může lišit od 100 m od Země do 30 km v závislosti na povětrnostních podmínkách, klimatu a fázi jejich vývoje. Ale vznikají přesně ve výšce až 14 km, mezi horními vrstvami troposféry a povrchem Země. Výška, ve které se mraky nejprve vytvoří a následně usadí, závisí na jejich typu. Abychom konečně pochopili, ke kterým z nich takzvané olověné mraky patří, přejděme k jejich popisu.
Klasifikace mraků
Při pohledu na oblohu můžete vidět tři typy mraků:
- Cirrus. Zpravidla jsou bílé, vypadají jako obrovské stuhy, zakřivené nebo rovné, rozprostřené po obloze. Nacházejí se v nadmořské výšce 6-10 km, jejich mocnost se pohybuje od 100 m do 2 km a jejich struktura je obvykle krystalická.
- Vrstvený. Název mluví sám za sebe; mraky tohoto typu se zdají být na sobě navrstveny v úhledné vrstvě a často jsou různých odstínů, což je činí ještě krásnějšími. Nacházejí se v nadmořské výšce 0,1-0,7 km, mají tloušťku 0,2-0,8 km, převážně s kapkovou strukturou.
- Kupa. Připomínají velké sněhově bílé závěje vznášející se vysoko na obloze. Obvykle v nadmořské výšce 800-1500 m, šířka od 100 m do 2 km.
Často můžete pozorovat jejich kombinace, jako je cirrostratus, stratocumulus atd. Pokud váš pohled padl na olověný mrak, pak už před sebou pravděpodobně máte oblak nimbostratus nebo cumulonimbus. Brzy může začít pršet.
Důvod vzniku olověného oblaku
Každý ví, že existuje přímá souvislost mezi barvou mraků a jejich schopností srážet déšť. Pokud se na obzoru objeví tmavý mrak, pak pravděpodobně v blízké budoucnosti padnou srážky, případně doprovázené bouřkou. Ale někdy může pohled na olověné mraky na obloze upřímně ohromit, že i dospělý bude mít otázku o důvodu jejich vzhledu. Ve skutečnosti se neliší od běžných oblaků. Prostě nastaly ty správné podmínky pro jejich růst, načež kvůli velkému objemu vlhkosti a hustoty úplně přestaly propouštět sluneční světlo a působily tak odstrašujícím dojmem. Vliv má někdy i znečištěné ovzduší, díky kterému se do mraků dostává velké množství sazí a prachu, které černají. A konečně k nezbytným podmínkám pro vytvoření olověného mraku:
- Nestabilita hmoty vzduchu stoupající nahoru;
- Přítomnost teplého a studeného vzduchu (častější na konci léta, na jaře a na začátku podzimu).
A vše, co by se mělo udělat, když se objeví, je jen chránit se před zásahem blesku.
Jedním z charakteristických znaků člověka je zvědavost. Pravděpodobně každý se jako dítě díval na oblohu a přemýšlel: „Proč je nebe modré? Jak se ukazuje, odpovědi na takové zdánlivě jednoduché otázky vyžadují určitou znalostní základnu v oblasti fyziky, a proto ne každý rodič bude schopen správně vysvětlit svému dítěti důvod tohoto jevu.
Podívejme se na tento problém z vědeckého hlediska.
Rozsah vlnových délek elektromagnetického záření pokrývá téměř celé spektrum elektromagnetického záření, které zahrnuje i záření viditelné pro člověka. Na obrázku níže je znázorněna závislost intenzity slunečního záření na vlnové délce tohoto záření.
Při analýze tohoto obrázku si můžeme všimnout skutečnosti, že viditelné záření je také reprezentováno nerovnoměrnou intenzitou pro záření různých vlnových délek. Fialová barva tedy přispívá k viditelnému záření relativně málo a největší podíl má modrá a zelená barva.
Proč je nebe modré?
V první řadě je tato otázka vyvolána skutečností, že vzduch je bezbarvý plyn a neměl by vyzařovat modré světlo. Je zřejmé, že příčinou takového záření je naše hvězda.
Jak víte, bílé světlo je ve skutečnosti kombinací záření všech barev viditelného spektra. Pomocí hranolu lze světlo jasně rozdělit do celé škály barev. Podobný efekt nastává na obloze po dešti a tvoří duhu. Když sluneční světlo vstoupí do zemské atmosféry, začne se rozptylovat, tzn. záření mění svůj směr. Zvláštnost složení vzduchu je však taková, že když do něj vstoupí světlo, záření s krátkou vlnovou délkou se rozptyluje silněji než záření dlouhovlnné. S přihlédnutím k dříve zobrazenému spektru tedy můžete vidět, že červené a oranžové světlo při průchodu vzduchem prakticky nezmění svou trajektorii, zatímco fialové a modré záření znatelně změní svůj směr. Z tohoto důvodu se ve vzduchu objevuje určité „putující“ krátkovlnné světlo, které je v tomto prostředí neustále rozptýleno. V důsledku popsaného jevu se zdá, že z každého bodu na obloze je vyzařováno krátkovlnné záření ve viditelném spektru (fialové, azurové, modré).
Známým faktem vnímání záření je, že lidské oko může zachytit, vidět záření pouze tehdy, pokud přímo vstoupí do oka. Pak při pohledu na oblohu s největší pravděpodobností uvidíte odstíny tohoto viditelného záření, jehož vlnová délka je nejkratší, protože se ve vzduchu nejlépe rozptyluje.
Proč při pohledu na Slunce nevidíte jasně červenou barvu? Za prvé, je nepravděpodobné, že člověk bude schopen pečlivě zkoumat Slunce, protože intenzivní záření může poškodit zrakový orgán. Za druhé, navzdory existenci takového jevu, jako je rozptyl světla ve vzduchu, většina světla vyzařovaného Sluncem se dostane na povrch Země, aniž by bylo rozptýleno. Proto se všechny barvy viditelného spektra záření spojují a tvoří světlo s výraznější bílou barvou.
Vraťme se ke světlu rozptýlenému vzduchem, jehož barva, jak jsme již určili, by měla mít nejkratší vlnovou délku. Z viditelného záření má fialová nejkratší vlnovou délku, následuje modrá a modrá má o něco delší vlnovou délku. Vezmeme-li v úvahu nerovnoměrnou intenzitu slunečního záření, je zřejmé, že příspěvek fialové barvy je zanedbatelný. Proto největší příspěvek k záření rozptýlenému vzduchem pochází z modré, následované modrou.
Proč je západ slunce červený?
V případě, že se Slunce schová za obzor, můžeme pozorovat stejné dlouhovlnné záření červeno-oranžové barvy. V tomto případě musí světlo ze Slunce urazit v zemské atmosféře znatelně větší vzdálenost, než se dostane do oka pozorovatele. V místě, kde sluneční záření začíná interagovat s atmosférou, jsou nejvýraznější barvy modrá a modrá. Se vzdáleností však krátkovlnné záření ztrácí na intenzitě, protože je po cestě výrazně rozptýleno. Zatímco dlouhovlnné záření odvádí vynikající práci při pokrytí tak dlouhých vzdáleností. Proto je Slunce při západu slunce červené.
Jak již bylo zmíněno dříve, ačkoli je dlouhovlnné záření ve vzduchu rozptýleno slabě, k rozptylu stále dochází. Slunce tedy na obzoru vyzařuje světlo, ze kterého se k pozorovateli dostává pouze záření červeno-oranžových odstínů, které má nějaký čas na to, aby se rozptýlilo v atmosféře a vytvořilo již zmíněné „putující“ světlo. Posledně jmenovaný barví oblohu do pestrých odstínů červené a oranžové.
Proč jsou mraky bílé?
Když už mluvíme o oblacích, víme, že se skládají z mikroskopických kapiček kapaliny, které rozptylují viditelné světlo téměř rovnoměrně, bez ohledu na vlnovou délku záření. Poté se rozptýlené světlo, nasměrované všemi směry od kapky, opět rozptyluje na další kapičky. V tomto případě je zachována kombinace záření všech vlnových délek a mraky „září“ (odrážejí se) bíle.
Pokud je počasí zataženo, pak na zemský povrch dopadá jen málo slunečního záření. V případě velkých mraků nebo jejich velkého počtu se část slunečního světla pohltí, což způsobí, že obloha se ztmaví a získá šedou barvu.