Culoare strălucitoare nor deschis nor întunecat. De ce este cerul albastru și norii albi?
Într-o zi frumoasă de vară, uneori este atât de plăcut să admiri norii albi ca zăpada care zboară pe cerul înalt, preluând formele bizare ale animalelor ciudate, castele de basm sau alte imagini sugerate de imaginație.
Dar de îndată ce un nor negru de ploaie apare la marginea cerului, starea de spirit lipsită de griji este imediat înlocuită de un sentiment inconștient de anxietate. De ce se întâmplă asta? De ce norii, atât de albi și de lumină, când devin un nor de tunete, se întunecă imediat, căpătând o culoare profundă, aproape neagră?
Ce sunt norii?
Fără excepție, toți norii sunt uriași, uneori de câteva zeci de kilometri, acumulări de picături de apă minuscule și cristale de gheață, mișcate de forța vântului deasupra suprafeței pământului la o altitudine de 0,5 până la 30 de kilometri.
Dimensiunile microscopice ale elementelor nor - picături sau bucăți de gheață - le permit să rămână în aer pentru o perioadă lungă de timp. Dar, de îndată ce sunt create condiții pentru mărirea elementelor nor, acestea devin prea grele, se scufundă și cad din nor.
Norii sunt:
- emplut - răspândit pe cer sub formă de pene uriașe sau panglici, drepte sau curbate;
- stratificat - parcă ar consta din mai multe straturi așezate unul peste altul, adesea din nuanțe ușor diferite;
- cumulus - seamănă cu uriașe zăpadă sau bulgări de vată albă ca zăpada care zboară sus pe cer.
Acestea sunt principalele forme de nori, în practică ei sunt adesea combinați între ei în cel mai bizar mod, devenind cirrostratus, cirrocumulus, stratocumulus etc.
Cum se formează norii?
După cum am menționat mai sus, norii sunt formați din picături de vapori de apă. În fiecare zi, zeci de mii de tone de apă se evaporă de pe suprafața oceanelor, mărilor, lacurilor și râurilor și pur și simplu de pe suprafața pământului. Inițial, această apă se găsește în straturi calde de aer situate aproape de suprafață.
Acest aer cald, conform legilor fizicii, se ridică, dar cu cât se îndepărtează de sol, cu atât se răcește mai mult. Moleculele de apă, pierzând energie, încep să treacă de la starea gazoasă la starea lichidă, condensându-se sub formă de picături.
Dar, deoarece aerul care s-a ridicat în sus este mai rarefiat decât stratul inferior situat lângă suprafață, picăturile de apă nu se pot condensa la o dimensiune suficient de mare și rămân în atmosferă sub forma unei suspensii, a unui aerosol minuscul de particule de gheață lichidă sau solidă. . Aceștia sunt norii.
Experții spun că apa din ele este adesea prezentă în ambele state în același timp - atât sub formă de picături, cât și sub formă de slot de gheață.
De ce norii și norii au culori diferite?
Meteorologii nu folosesc termenul "nor", în schimb spun ei "nori de ploaie" sau "nor de tunete" . Știm cu toții că dacă un nor întunecat apare la orizont și se apropie de noi, atunci cu siguranță va ploua în curând. Există o legătură foarte directă între culoarea unui nor și capacitatea acestuia de a vărsa picături de apă.
Faptul este că structura norilor albi care zboară pe cer la o altitudine de șase kilometri sau mai mult este foarte rară și liberă. Prin urmare, lumina soarelui trece prin ele aproape nestingherită, ca printr-un abajur de lampă mată. Lasa impresia unei mase de aer alb ca zapada, usoara si radianta.
Când, din diverse motive, un nor coboară la o înălțime de doi kilometri sau mai puțin, acesta devine mai dens, iar razele solare trec mai greu prin grosimea lui.
Cu cât norul coboară mai jos, cu atât apare mai întunecat: la început capătă o ușoară nuanță cenușie, apoi devine distinct gri, albastru sau violet.
În același timp, masa de aer devine mai densă, iar cele mai mici picături se apropie unele de altele. Acest lucru face ca picăturile de apă să crească în dimensiune, ceea ce afectează și mai mult trecerea luminii solare prin nor. Devine din ce în ce mai greu și se scufundă din ce în ce mai jos, apoi vine un moment în care norul nu mai poate reține picături de apă și acestea încep să cadă pe pământ.
Procesul de condensare continuă până când norul devine mai puțin dens și începe să se ridice în atmosfera superioară.
Astfel, devine clar că culoarea unui nor depinde în principal de densitatea acestuia: cu cât acest indicator este mai mare, cu atât norul este mai întunecat.
Ploaia și norii cu tunet au cea mai mare densitate, picăturile de apă în care s-au condensat deja aproape până la punctul de a fi gata să se reverse pe pământ. Acesta este motivul pentru care un nor de ploaie pare greu și negru, iar un nor pare alb și ușor.
Mulți dintre noi, chiar și în copilăria noastră îndepărtată, ne-am pus cel puțin o dată o întrebare similară: de ce este cerul de deasupra noastră albastru? La urma urmei, lumina care ajunge la noi direct de la Soare este în esență albă, nu albastră. Cu toate acestea, pe măsură ce oamenii au îmbătrânit, probabil că nu și-au pierdut interesul pentru această problemă. Mulți nu i-ar deranja să-și liniștească curiozitatea și să afle în continuare de ce bolta cerului este exact albastră.
De ce este cerul albastru: fizica
Fizica vă va ajuta să explorați mai în detaliu toate complexitățile acestei probleme, unde oamenii de știință au descoperit de mult motivele și au studiat totul în detaliu. Nu putem decât să gustăm fructele muncii lor minuțioase.
Deci, să începem cu ceea ce diferențiază planeta noastră de altele - prezența aerului pe care organismele vii îl pot respira. Deși compoziția sa include azot, oxigen, dioxid de carbon, vapori de apă și diverse particule de praf care sunt în mișcare constantă, rămâne totuși absolut transparent. Dar lumina soarelui are un număr mare de culori, ele ne sunt familiare ca culorile curcubeului. Fiecare dintre cele șapte culori are propria sa undă, rază și toate sunt diferite ca lungime.
Pentru ca lumina soarelui să ajungă pe pământ, trebuie să străpungă un strat imens de aer. În timpul trecerii luminii prin aer, razele încep să se împrăștie, iar acest proces are loc mai intens cu culoarea albastră. Acest lucru este explicat foarte simplu - lungimea de undă a luminii albastre este cea mai scurtă. Așa se explică, din punct de vedere fizic, albastrul cerului.
Fizica a răspuns la întrebarea noastră "de ce cerul este albastru", dar ce zici de nori, pentru că au o tentă albă, deși sunt în aer. Ar fi logic să presupunem că razele de soare ar fi împrăștiate prin nori în același mod ca atunci când trec prin aer. Dar această problemă trebuie abordată dintr-un unghi ușor diferit.
Norii, în primul rând, sunt particule minuscule de apă care s-au evaporat de pe suprafața pământului și s-au grupat într-o masă gazoasă. Dar oricât de mici ar fi aceste particule, ele vor fi totuși mult mai mari ca dimensiune decât o moleculă de aer. Răspunsul la această întrebare se află în dimensiunea moleculelor.
După cum știm, razele soarelui, pătrunzând în atmosfera Pământului, întâlnesc un obstacol pe drum - aerul, care poate fi depășit doar prin dispersie. Dar această metodă nu funcționează cu nori din cauza aceleiași dimensiuni a moleculelor. Lumina, întâlnind o micro-picătură de apă, nu este refractată, ci, dimpotrivă, reflectată de suprafața ei.
Acest lucru permite razei solare să rămână în paleta sa originală de culori, adică alb, în timp ce colorează moleculele norului în alb.
Știți cum apar norii, de ce unii devin nori, în timp ce alții rămân miei luxurianți albi ca zăpada? Noul nostru produs uimitor „Clouds” vă va spune despre acest lucru. Observăm și studiem” - este pentru adevărații iubitori de nori și de ce de toate vârstele.
De ce sunt norii albi și norii negri, cum se nasc norii și mirajele și este adevărat că există o Societate a iubitorilor de nori? Hai să vorbim.
Acesta este motto-ul The Cloud Appreciation Society, o organizație internațională fondată în 2004 în Anglia de Gavin Praetor-Pinney. Acesta reunește 30.000 de iubitori de cloud din 94 de țări. Aceștia sunt oameni care visează să dezvăluie altora frumusețea cerului înnorat. Alăturaţi-ne!
Trebuie doar să stai întins pe iarbă și să privești norii. Sau doar uită-te în sus. Oricand vrei tu.
Cum se naște un nor?
Când aerul cald se amestecă cu aerul rece, se răcește și poate atinge punctul de rouă. Apare condens. Vaporii de apă, depunându-se pe o particulă din aer, se transformă în picături sau cristale de gheață, care, atunci când sunt adunate împreună, formează un nor.
Cel mai adesea acest lucru se întâmplă atunci când aerul cald se ridică din sol și se întâlnește cu aerul rece deasupra - în atmosferă. Un fenomen asemănător norilor poate fi observat și la suprafața pământului. Pământul sau apa, încălzite în timpul zilei, se răcesc mai lent decât aerul. Când aerul rece de noapte intră în contact cu aerul cald lângă suprafața pământului sau a apei, se formează ceață.
Ilustrație din carte
Da, da, ceața constă și din elemente de nor. Este în esență un nor mare întins pe pământ.
De ce sunt norii albi și norii negri?
Dacă norii sunt formați din picături, de ce sunt albi? Deoarece elementele nor reflectă lumina: cristalele și picăturile strălucesc în razele soarelui. Și cu cât elementele sunt mai mici și cu cât numărul este mai mare, cu atât norul este mai alb.
Norii de tunet gri, albăstrui și negri sunt formați din aceleași picături. Doar că, în norii grei, ei pot arunca umbre unul asupra celuilalt (și chiar asupra lor înșiși), motiv pentru care par mai întunecați. Există și nori mai denși - sunt formați din cristale și picături mari, astfel încât razele soarelui nu pot pătrunde prin ei. Ele par întunecate și de rău augur atunci când sunt privite de la sol.
Ilustrație din carte
Dar dacă zburați peste ele, de exemplu într-un avion, vor fi complet albe.
Cum se formează un miraj
Un nor se formează când aerul cald se ridică. Acest curent de aer cald în creștere se numește termic. Păsări și planoare se înalță pe el.
Termica se vede dacă te uiți la un drum asfaltat într-o zi fierbinte. Se pare că aerul de deasupra asfaltului se scutură, iar drumul pare acoperit de bălți. Acest fenomen se numește miraj.
Un miraj se vede atunci când aerul cald și rece, care au densități diferite, se întâlnesc. La limita mediilor cu densități diferite, o rază de lumină este refractată și vedem un miraj.
Norii nu sunt doar fire de bumbac care blochează soarele. Nu sunt mai puțin frumoase decât stelele. După ce ai citit această carte, vei vedea singur.
Este o mare plăcere să privești cumulușii care trec vara și să încerci să explic de ce sunt uneori lumini și alteori întunecați. Când norul este iluminat de Soare, este alb orbitor, dar când norul trece deasupra noastră, baza lui devine gri sau complet întunecată. Picăturile de apă din nor sunt atât de apropiate una de cealaltă încât apare ca un corp alb aproape complet opac - alb pentru că lumina pătrunde cu greu în nor, dar este foarte bine reflectată de numeroasele picături. Dacă Soarele este acoperit de nori cumulus, aceștia par întunecați, dar marginile norilor sunt întotdeauna luminoase: „fiecare nor are o căptușeală de argint”.
Astfel, distribuția luminii și umbrei ne oferă informații interesante despre diferitele părți ale norului - sus, inferior, față, spate și despre forma reală a acestei uriașe formațiuni. Nu este întotdeauna ușor să vă faceți o idee corectă despre proporțiile sale, precum și despre poziția norului în raport cu Soarele. Dacă, de exemplu, norii sunt așezați în fața mea, iar Soarele se află la oarecare distanță deasupra lui, voi fi nedumerit să văd doar umbre (Fig. 169, a). Nu-mi pot imagina măreția
Orez. 169. Lumină și umbre pe norii cumulus: a) cum vedem peisajele
observator, privit de la nord la sud; b) impresii personale eronate ale observatorului și imaginea pe care se așteaptă să o vadă; c) cum stau lucrurile în realitate. În cazurile b) și c) observatorul privește de la est la vest. Soarele este în sud.
distanta fata de Soare, inconstient il consider foarte aproape si de aceea mi se pare ca partea AB ar trebui iluminata (Fig. 169, 6). De fapt, razele soarelui care iluminează norul sunt paralele cu linia care leagă Soarele cu ochiul meu (Fig. 169, c).
Oricât de capricios ar fi jocul de lumini și umbre, oricât de complicată ar fi problema de umbrele aruncate de un nor pe altul, pare imposibil de explicat numai prin aceasta toate diferențele de culori ale norilor cumulus.
I. Levitan
Când cerul se limpezește după o furtună și mai rămân pe el doar câțiva nori cumulus, puternic iluminați de Soare și așezați astfel încât umbra unuia dintre ei să nu poată cădea asupra altuia, acești nori devin din ce în ce mai întunecați și, în final, înainte de dispărând complet, devin albastru-negru. Impresia generală este că părțile subțiri ale norilor cumulus văzute pe un cer albastru nu sunt „albastru+alb” (cum s-ar putea aștepta), ci „albastru+negru”.
Pe de altă parte, un nor cumulus apare gri atunci când este văzut pe fundalul unui alt nor mare care este complet alb, așa că nu poate fi vorba despre o creștere a luminozității doar datorită creșterii grosimii totale a straturilor. Fizica acestor fenomene, deși observată zilnic, încă nu este bine înțeleasă. Desigur, ar trebui să fim foarte atenți la ideea că norii absorb de fapt lumina; trebuie mai întâi să încercăm să explicăm fenomenul presupunând că norii sunt formațiuni albe solide, apoi amintiți-vă că nu sunt cu adevărat altceva decât ceață care împrăștie lumina și, în final, luați în considerare că norii pot conține particule de praf întunecate.
Este interesant să comparăm norii cu aburul alb (nu fumul!) al unei locomotive cu abur.În unele cazuri, aburul pare mai alb când este privit la un unghi mai mare față de lumina incidentă și mai puțin strălucitor când este observat din direcția Soarelui. , când ochiul percepe raze reflectate aproape în direcția incidenței. În alte cazuri, indiferent de direcția de vizualizare, vaporii sunt mult mai strălucitori decât părțile cele mai luminoase ale cumulusului; Acest lucru se poate datora distanței mai mari față de nori și atenuării luminii din cauza împrăștierii în aer.
Georgy Nissky. Toamnă. Semafoare
Norii cumuluși întunecați apar adesea albăstrui la distanțe mari. Aceasta nu este culoarea norilor înșiși, ci lumina împrăștiată în atmosferă între nor și ochiul nostru. Cu cât este mai departe un astfel de nor întunecat, cu atât culoarea lui se apropie mai mult de culoarea cerului. Pe de altă parte, norii strălucitori din apropierea orizontului devin gălbui.
Ar trebui să luăm în considerare și alți nori și să încercăm să explicăm, de exemplu, de ce norii de ploaie sunt atât de gri, de ce norii de tunete au o culoare specială de plumb vizibilă lângă portocaliu decolorat.Nu este praful? Informațiile noastre despre toate acestea sunt însă atât de incomplete încât ne vom limita la a chema cititorul să facă observații independente.
Distribuția luminozității pe bolta cerului, atunci când este acoperită complet și uniform cu nori, este foarte caracteristică și, parcă, completează distribuția într-un cer senin. Comparați, de exemplu, folosind o oglindă, zenitul și orizontul: cu un cer senin, zenitul este întotdeauna mai întunecat; Raportul de luminozitate variază de la 3 la 5 (fotografii X1X și XX).
În ciuda progresului științific și a accesului liber la multe surse de informații, este rar ca o persoană să poată răspunde corect la întrebarea de ce cerul este albastru.
De ce este cerul albastru sau albastru în timpul zilei?
Lumina albă – care este ceea ce o emite Soarele – este formată din șapte părți ale spectrului de culori: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Mica rimă cunoscută de la școală – „Every Hunter Wants to Know Where the Pheasant Stas” – determină cu precizie culorile acestui spectru prin literele inițiale ale fiecărui cuvânt. Fiecare culoare are propria lungime de undă a luminii: roșul este cel mai lung și violetul este cel mai scurt.
Cerul (atmosfera) cunoscut pentru noi este format din microparticule solide, picături mici de apă și molecule de gaz. De mult timp, au existat mai multe presupuneri eronate care încearcă să explice de ce cerul este albastru:
- atmosfera, formată din particule minuscule de apă și molecule de diferite gaze, permite razelor spectrului albastru să treacă bine și nu permite razelor spectrului roșu să atingă Pământul;
- Particulele solide mici - cum ar fi praful - suspendate în aer împrăștie cel mai puțin lungimile de undă albastre și violete și, din această cauză, reușesc să ajungă la suprafața Pământului, spre deosebire de alte culori ale spectrului.
Aceste ipoteze au fost susținute de mulți oameni de știință celebri, dar cercetările fizicianului englez John Rayleigh au arătat că particulele solide nu sunt cauza principală a împrăștierii luminii. Moleculele de gaze din atmosferă separă lumina în componente de culoare. O rază albă de lumină solară, care se ciocnește cu o particulă de gaz de pe cer, se împrăștie (împrăștie) în direcții diferite.
Când se ciocnește cu o moleculă de gaz, fiecare dintre cele șapte componente de culoare ale luminii albe este împrăștiată. În același timp, lumina cu unde mai lungi (componenta roșie a spectrului, care include și portocaliu și galben) este împrăștiată mai puțin bine decât lumina cu unde scurte (componenta albastră a spectrului). Din această cauză, după împrăștiere, în aer rămân de opt ori mai multe culori din spectrul albastru decât roșu.
Deși violetul are cea mai scurtă lungime de undă, cerul încă apare albastru datorită amestecului de unde violet și verzi. În plus, ochii noștri percep culoarea albastră mai bine decât violetul, având în vedere aceeași luminozitate a ambelor. Aceste fapte determină schema de culori a cerului: atmosfera este literalmente plină de raze de culoare albastru-albastru.
Atunci de ce apusul este roșu?
Cu toate acestea, cerul nu este întotdeauna albastru. Întrebarea apare în mod natural: dacă vedem cer albastru toată ziua, de ce apusul este roșu? Am aflat mai sus că culoarea roșie este cel mai puțin împrăștiată de moleculele de gaz. În timpul apusului, Soarele se apropie de orizont și raza soarelui este îndreptată spre suprafața Pământului nu vertical, ca în timpul zilei, ci în unghi.
Prin urmare, drumul pe care îl parcurge prin atmosferă este mult mai lung decât ceea ce îl parcurge în timpul zilei când Soarele este sus. Din această cauză, spectrul albastru-albastru este absorbit într-un strat gros al atmosferei, neatingând Pământul. Și undele de lumină mai lungi din spectrul roșu-galben ajung la suprafața Pământului, colorând cerul și norii în culorile roșu și galben caracteristice apusului.
De ce sunt norii albi?
Să atingem subiectul norilor. De ce sunt nori albi pe cerul albastru? În primul rând, să ne amintim cum sunt formate. Aerul umed care conține abur invizibil, încălzit la suprafața pământului, se ridică și se extinde datorită faptului că presiunea aerului este mai mică în partea de sus. Pe măsură ce aerul se extinde, se răcește. Când vaporii de apă ating o anumită temperatură, se condensează în jurul prafului atmosferic și al altor solide în suspensie, rezultând mici picături de apă care se unesc pentru a forma un nor.
În ciuda dimensiunilor lor relativ mici, particulele de apă sunt mult mai mari decât moleculele de gaz. Și dacă, la întâlnirea cu moleculele de aer, razele soarelui sunt împrăștiate, atunci când întâlnesc picăturile de apă, lumina se reflectă din ele. În acest caz, raza soarelui inițial albă nu își schimbă culoarea și, în același timp, „colorează” moleculele norilor în alb.