Zakaj so oblaki beli in temni? Zakaj so oblaki beli in oblaki črni? In vse bi lahko bilo drugače ...

Ali veste, kako nastanejo oblaki, zakaj nekateri postanejo oblaki, drugi pa ostanejo bujna snežno bela jagnjeta? Naša neverjetna novost “Clouds. Opazujemo in preučujemo ”- je za prave ljubitelje oblakov in zakaj vseh starosti.

Zakaj so oblaki beli in črni, kako se rodijo oblaki in fatamorgane in ali res obstaja Društvo ljubiteljev oblakov? Povemo.

To je moto The Cloud Appreciation Society, mednarodne organizacije, ki jo je leta 2004 v Angliji ustanovil Gavin Praetor-Pinney. Združuje 30.000 ljubiteljev oblakov iz 94 držav. To so ljudje, ki sanjajo, da bi drugim odkrili lepoto oblačnega neba. Pridruži se zdaj!

Samo ležati morate na travi in ​​opazovati oblake. Ali pa samo poglej gor. Kadarkoli želiš.

Kako se rodi oblak?

Ko se vroč zrak meša s hladnim zrakom, se ta ohladi in lahko doseže rosišče. Pojavi se kondenzacija. Vodna para, ki se usede na delec v zraku, se spremeni v kapljice ali ledene kristale, ki, ko se zberejo skupaj, tvorijo oblak.

Najpogosteje se to zgodi, ko se vroč zrak dvigne od tal in sreča hladen zrak zgoraj v ozračju. Pojav, podoben oblaku, lahko opazimo tudi blizu površja zemlje. Zemlja ali voda, segreta čez dan, se ohlajata počasneje kot zrak. Ko hladen nočni zrak pride v stik s toplim zrakom, nastane megla blizu površine zemlje ali vode.

Ilustracija iz knjige

Da, tudi megla je sestavljena iz elementov oblaka. Pravzaprav je to velik oblak, ki leži na tleh.

Zakaj so oblaki beli in oblaki črni

Če so oblaki narejeni iz kapljic, zakaj so beli? Ker oblačni elementi odbijajo svetlobo: kristali in kapljice se lesketajo v sončnih žarkih. In čim manjši so elementi po velikosti in več jih je po številu, bolj bel je oblak.

Sivi, modrikasti in črni nevihtni oblaki so sestavljeni iz enakih kapljic. Le da lahko - ob močni oblačnosti - mečejo senco drug na drugega (in celo nase), zato se zdijo temnejši. Obstajajo tudi gostejši oblaki – sestavljeni so iz velikih kristalov in kapljic, zato sončni žarki ne morejo prodreti skoznje. Videti so temni in zlovešči, če jih gledamo s tal.

Ilustracija iz knjige

Če pa jih preletite, na primer z letalom, bodo popolnoma beli.

Kako nastane fatamorgana?

Ko se topel zrak dvigne, nastane oblak. Ta vroč tok navzgor se imenuje termalni. Na njem letijo ptice in jadralna letala.

Termo lahko opazite, če v vročem dnevu pogledate na asfaltirano cesto. Zdi se, da zrak nad asfaltom drhti, cesta pa kot da je prekrita z lužami. Ta pojav se imenuje fatamorgana.

Privid lahko vidimo, ko se srečata vroč in hladen zrak, ki imata različno gostoto. Na meji medijev z različno gostoto se žarek svetlobe lomi in vidimo fatamorgano.

Oblaki niso le bombažni šopi, ki prekrivajo sonce. Niso nič manj lepe od zvezd. Ko boste prebrali to knjigo, se boste prepričali sami.

Prav užitek je poleti opazovati mimoidoče kumuluse in poskušati razložiti, zakaj so svetli ali temni. Ko je oblak obsijan s Soncem, je bleščeče bel, ko pa oblak preide čez nas, postane njegovo dno sivo ali popolnoma temno. Vodne kapljice v oblaku so tako tesno nameščene, da je skoraj popolnoma neprozorno belo telo – belo zato, ker svetloba le stežka prodre skozi oblak, vendar se v številnih kapljicah zelo dobro odbija. Če sonce zakrijejo kumulusi, so ti videti temni, robovi oblakov pa so vedno svetli: "vsak oblak ima srebrno podlogo."

Tako nam porazdelitev svetlobe in sence daje zanimive podatke o različnih delih oblaka – zgornjem, spodnjem, sprednjem, zadnjem in dejanski obliki te ogromne tvorbe. Ni vedno enostavno dobiti pravilne predstave o njegovih razmerjih, pa tudi o položaju oblaka glede na Sonce. Če so na primer oblaki pred menoj in Sonce na neki razdalji nad njim, bom zmeden, saj bom videl samo sence (slika 169, a). Ne morem si predstavljati veličine

riž. 169. Svetloba in sence na kumulusih: a) kako vidimo pokrajino
opazovalec, gledan od severa proti jugu; b) napačni osebni vtisi opazovalca in slike, ki jo pričakuje videti; c) kako so stvari v resnici. V primerih b) in c) opazovalec gleda od vzhoda proti zahodu. Sonce je na jugu.

razdalje do Sonca, nezavedno menim, da je zelo blizu in zato se mi zdi, da bi moral biti del AB osvetljen (slika 169, 6). Pravzaprav sončni žarki, ki osvetljujejo oblak, potekajo vzporedno s črto, ki povezuje Sonce z mojim očesom (slika 169, c).

Ne glede na to, kako muhasta je igra svetlobe in sence, ne glede na to, kako zapletene so sence, ki jih meče en oblak na drugega, se zdi nemogoče pojasniti vse razlike v barvah kumulusov samo s tem.

I. Levitan

Ko se nebo po nevihti razjasni in ostane le še nekaj kumulusov, močno osvetljenih s Soncem in razporejenih tako, da senca enega od njih nikakor ne more pasti na drugega, postanejo ti oblaki vedno temnejši in nazadnje, preden popolnoma izginejo , postane modro-črna. Splošni vtis je, da tanki deli kumulusov, ki jih vidimo na modrem nebu, niso "modri+beli" (kot bi lahko pričakovali), temveč "modri+črni".

Po drugi strani pa je kumulus videti siv, ko ga vidimo nasproti drugega velikega oblaka, ki je popolnoma bel, tako da se vprašanje povečanja svetlosti preprosto s povečanjem skupne debeline plasti ne more pojaviti. Fizika teh pojavov, čeprav jih opazujemo vsak dan, še vedno ni dobro razumljena. Seveda je treba biti zelo previden glede zamisli, da oblaki absorbirajo svetlobo; najprej je treba poskusiti pojav razložiti s predpostavko, da so oblaki trdne bele tvorbe, nato se spomniti, da v resnici niso nič drugega kot megla, ki sipa svetlobo, in nazadnje upoštevati, da lahko oblaki vsebujejo temne prašne delce.

Zanimiva je primerjava oblakov z belo paro (ne dimom!) parne lokomotive.V nekaterih primerih je para videti bolj bela, če gledamo pod velikim kotom na vpadno svetlobo, in manj svetla, če gledamo s strani Sonce, ko oko zaznava žarke, ki se odbijajo skoraj v smeri vpadanja. V drugih primerih, ne glede na smer opazovanja, je para veliko svetlejša od najsvetlejših delov kumulusov; morda je to posledica velike oddaljenosti do oblakov in oslabitve svetlobe zaradi sipanja v zraku.

George Nyssky. Jesen. semaforji

Temni kumulusi so na daleč pogosto videti modrikasti. To ni barva samih oblakov, temveč svetloba, razpršena v ozračju med oblakom in našim očesom. Dlje ko je tako temen oblak oddaljen, bolj se njegova barva približuje barvi neba. Po drugi strani pa svetli oblaki blizu obzorja postanejo rumenkasti.

Upoštevati je treba tudi druge oblake in poskusiti razložiti, na primer, zakaj so deževni oblaki tako sivi, zakaj imajo nevihtni oblaki poleg obledele oranžne posebno svinčeno barvo, ali je to prah? Naši podatki o vsem tem pa so tako nepopolni, da se bomo omejili na poziv bralcu, naj poda neodvisna opažanja.

Porazdelitev svetlosti po nebesnem svodu, ko je popolnoma in enakomerno pokrit z oblaki, je zelo značilna in tako rekoč dopolnjuje porazdelitev na jasnem nebu. Primerjajte na primer s pomočjo ogledala zenit in obzorje: pri jasnem nebu je zenit vedno temnejši; razmerje svetlosti je od 3 do 5 (fotografije X1X in XX).

Kljub znanstvenemu napredku in prostemu dostopu do številnih virov informacij zna le redkokdo pravilno odgovoriti na vprašanje, zakaj je nebo modro.

Zakaj je nebo podnevi modro?

Bela svetloba - seva namreč iz Sonca - je sestavljena iz sedmih delov barvnega spektra: rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre, indigo in vijolične. Iz šole znana izštevanka - "Vsak lovec želi vedeti, kje sedi fazan" - samo določa barve tega spektra z začetnimi črkami vsake besede. Vsaka barva ima svojo valovno dolžino svetlobe: najdaljšo za rdečo in najkrajšo za vijolično.

Nam znano nebo (atmosfera) je sestavljeno iz trdnih mikrodelcev, drobnih kapljic vode in molekul plina. Sčasoma se je pojavilo več napačnih predstav, ki so poskušale razložiti, zakaj je nebo modro:

• atmosfera, sestavljena iz najmanjših delcev vode in molekul različnih plinov, dobro prepušča žarke modrega spektra in ne dovoljuje, da bi se žarki rdečega spektra dotaknili Zemlje;
• majhni trdni delci - na primer prah - lebdeči v zraku najmanj razpršijo modre in vijolične valove in zaradi tega uspejo doseči zemeljsko površje, za razliko od drugih barv spektra.

Te hipoteze so podprli številni znani znanstveniki, študije angleškega fizika Johna Rayleigha pa so pokazale, da niso trdni delci glavni vzrok za sipanje svetlobe. Molekule plinov v ozračju ločijo svetlobo na barvne komponente. Beli sončni žarek, ki trči z delcem plina na nebu, se razprši (razprši) ​​v različne smeri.

Ob trku z molekulo plina se vsaka od sedmih barvnih komponent bele svetlobe razprši. V tem primeru se svetloba z daljšimi valovnimi dolžinami (rdeča komponenta spektra, ki vključuje tudi oranžno in rumeno) slabše sipa kot svetloba s kratkimi valovi (modra komponenta spektra). Zaradi tega po razprševanju ostane v zraku osemkrat več modrih barv spektra kot rdečih.

Čeprav ima vijolična najkrajšo valovno dolžino, je nebo še vedno videti modro zaradi mešanice vijoličnih in zelenih valovnih dolžin. Poleg tega naše oči bolje zaznavajo modro kot vijolično, z enako svetlostjo obeh. Prav ta dejstva določajo barvno shemo neba: ozračje je dobesedno napolnjeno z modro-modrimi žarki.

Zakaj je potem sončni zahod rdeč?

Vendar pa nebo ni vedno modro. Seveda se postavlja vprašanje: če ves dan vidimo modro nebo, zakaj je sončni zahod rdeč? Zgoraj smo ugotovili, da molekule plina najmanj razpršijo rdečo barvo. Med sončnim zahodom se Sonce približa obzorju in sončni žarek ni usmerjen na zemeljsko površje ne navpično, kot podnevi, ampak pod kotom.

Zato je pot, ki jo opravi skozi atmosfero, veliko daljša od tiste, ki jo opravi podnevi, ko je Sonce visoko. Zaradi tega se modro-modri spekter absorbira v debeli plasti atmosfere in ne doseže Zemlje. In daljši svetlobni valovi rdeče-rumenega spektra dosežejo površje Zemlje ter obarvajo nebo in oblake v rdeče in rumene barve, značilne za sončni zahod.

Zakaj so oblaki beli?

Dotaknimo se teme oblakov. Zakaj so na modrem nebu beli oblaki? Najprej se spomnimo, kako nastanejo. Vlažen zrak, ki vsebuje nevidno paro, se segreje blizu površine zemlje, dvigne in razširi zaradi dejstva, da je zračni tlak na vrhu manjši. Ko se širi, se zrak ohlaja. Ko je dosežena določena temperatura, se vodna para kondenzira okoli atmosferskega prahu in drugih suspendiranih trdnih snovi, posledično pa nastanejo drobne kapljice vode, katerih združitev tvori oblak.

Kljub razmeroma majhni velikosti so delci vode veliko večji od molekul plina. In če se ob srečanju z molekulami zraka sončni žarki razpršijo, potem ko se srečajo z vodnimi kapljicami, se svetloba odbija od njih. Hkrati prvotno bel sončni žarek ne spremeni svoje barve in hkrati "obarva" molekule oblaka v belo.

Če ob pogledu skozi okno vidite, kako je nebo prekrito s svinčenimi oblaki, in ne morete razumeti razloga za to, kar se je zgodilo, potem je v redu. Morda morate le zapolniti vrzeli v znanju ali osvežiti spomin, da se boste zavedali, od kod oblaki sploh prihajajo. In že takrat vam bo jasno, ali se jih je vredno bati.

Kaj so oblaki

Ne glede na to, kako izgledajo oblaki na nebu, ali so skoraj prozorni, kot tančica, ali neprebojni, kot svinčeni oblak, vsi so iz vode. Dejstvo je, da pri segrevanju zraka vlaga na površini zemlje prevzame plinasto stanje in se dvigne na vrh, kjer zaradi nižje temperature zraka kondenzira. Vendar pa obstaja ena podrobnost, ki je potrebna za nastanek oblakov - to je prah. Že na začetku procesa njihovega nastajanja se molekule vode prilepijo na njene najmanjše delce, nato pa nastanejo kapljice in ledeni kristali, ki bodo v prihodnosti dež. Ko so razmere ugodne za rast, oblaki pridobijo prostornino, postanejo težji, se pogrezajo vse nižje in na koncu njihova vsebina izpade kot padavine.

Višina oblakov se lahko spreminja od 100 m od Zemlje do 30 km, odvisno od vremenskih razmer, podnebja in stopnje njihovega razvoja. Nastajajo pa ravno na višini do 14 km, med zgornjimi plastmi troposfere in površjem Zemlje. Višina, na kateri oblaki šele nastajajo in se nahajajo v prihodnosti, je odvisna od njihove vrste. Da bi končno razumeli, kateremu od njih pripadajo tako imenovani svinčeni oblaki, preidimo na njihov opis.

Klasifikacija oblakov

Ko gledate v nebo, lahko vidite tri vrste oblakov:

1. Cirrus. Praviloma so bele barve, kot ogromni trakovi, ukrivljeni ali ravni, ki se raztezajo čez nebo. Nahajajo se na nadmorski višini 6-10 km, njihova debelina se giblje od 100 m do 2 km, struktura pa je običajno kristalna.
2. Večplastna. Ime govori samo zase, zdi se, da so oblaki te vrste naloženi drug na drugega v urejenem sloju, pogosto pa so različnih odtenkov, zaradi česar so še lepši. Nahajajo se na nadmorski višini 0,1-0,7 km, imajo debelino 0,2-0,8 km, večinoma s padajočo strukturo.
3. Kumulus. Spominjajo na velike snežno bele snežne zamete, ki se dvigajo visoko v nebo. Običajno na nadmorski višini 800-1500 m, širina 100 m do 2 km.

Pogosto lahko opazujete njihove kombinacije, kot so cirostratusi, stratokumulusi itd. Če vam je pogled padel na svinčeni oblak, potem je verjetno že pred vami stratonimbus ali kumulonimbus. Mogoče bo kmalu dež.

Razlog za nastanek svinčenih oblakov

Vsi vedo, da obstaja neposredna povezava med barvo oblakov in njihovo sposobnostjo deževanja. Če se na obzorju pojavi temen oblak, bodo v bližnji prihodnosti verjetno padle padavine, ki jih bo morda spremljala nevihta. Toda včasih lahko pogled na svinčene oblake na nebu iskreno preseneti, da bo celo odrasla oseba imela vprašanje o razlogu za njihov videz. Pravzaprav se ne razlikujejo od običajnih oblakov. Nastali so ravno primerni pogoji za njihovo rast, potem pa so zaradi velike količine vlage in gostote popolnoma prenehali prepuščati sončno svetlobo in se zdijo tako super. Včasih vpliva tudi onesnažen zrak, zaradi katerega v sestavo oblakov vstopi velika količina saj, prahu, ki postanejo bolj črni. In končno, glede potrebnih pogojev za nastanek svinčenega oblaka:

• Nestabilnost zračne mase, ki se dviga navzgor;
• Prisotnost toplega in hladnega zraka (pogosteje pozno poleti, spomladi in zgodaj jeseni).

In vse, kar je treba storiti, ko se pojavi, je samo zaščititi se pred udarom strele.

Ena od značilnosti človeka je radovednost. Verjetno je vsak kot otrok gledal v nebo in se spraševal: "Zakaj je nebo modro?". Izkazalo se je, da odgovori na tako na videz preprosta vprašanja zahtevajo nekaj znanja s področja fizike, zato ne bo vsak starš otroku mogel pravilno razložiti razloga za ta pojav.

Razmislite o tem vprašanju z znanstvenega vidika.

Območje valovnih dolžin elektromagnetnega sevanja pokriva skoraj celoten spekter elektromagnetnega sevanja, kamor sodi tudi človeku vidno sevanje. Spodnja slika prikazuje odvisnost jakosti sončnega sevanja od valovne dolžine tega sevanja.

Ob analizi te slike lahko opazimo dejstvo, da je tudi vidno sevanje predstavljeno z neenakomerno intenzivnostjo za sevanje različnih valovnih dolžin. Tako relativno majhen prispevek k vidnemu sevanju daje vijolična barva, največji pa modra in zelena barva.

Zakaj je nebo modro?

K temu vprašanju nas najprej napelje dejstvo, da je zrak brezbarven plin in ne bi smel oddajati modre svetlobe. Očitno je, da je vzrok takšnega sevanja naša zvezda.

Kot veste, je bela svetloba pravzaprav kombinacija sevanja vseh barv vidnega spektra. S pomočjo prizme lahko eksplicitno razstavite svetlobo na celotno paleto barv. Podoben učinek se pojavi na nebu po dežju in tvori mavrico. Ko sončna svetloba vstopi v zemeljsko atmosfero, se začne razpršiti, tj. sevanje spreminja svojo smer. Vendar pa je posebnost sestave zraka takšna, da se ob vstopu svetlobe vanj bolj razprši kratkovalovno sevanje kot dolgovalovno sevanje. Tako je ob upoštevanju prej prikazanega spektra razvidno, da rdeča in oranžna svetloba praktično ne bosta spremenili svoje poti, ko gre skozi zrak, medtem ko bo vijolično in modro sevanje opazno spremenilo svojo smer. Zaradi tega se v zraku pojavlja nekakšna »tavajoča« kratkovalovna svetloba, ki se v tem mediju nenehno sipa. Kot posledica opisanega pojava se zdi, da se kratkovalovno sevanje vidnega spektra (vijolična, modra, modra) oddaja na vsaki točki neba.

Splošno znano dejstvo zaznavanja sevanja je, da človeško oko lahko ujame, vidi sevanje le, če neposredno zadene oko. Takrat boste ob pogledu v nebo najverjetneje videli odtenke tistega vidnega sevanja, katerega valovna dolžina je najmanjša, saj se v zraku najbolje razprši.

Zakaj ob pogledu na Sonce ne vidite izrazito rdeče barve? Prvič, oseba verjetno ne bo mogla skrbno pregledati Sonca, saj lahko intenzivno sevanje poškoduje vidni organ. Drugič, kljub obstoju takšnega pojava, kot je sipanje svetlobe v zraku, kljub temu večina svetlobe, ki jo oddaja Sonce, doseže površino Zemlje, ne da bi se razpršila. Zato se vse barve vidnega spektra sevanja združijo in tvorijo svetlobo z izrazitejšo belo barvo.

Vrnimo se k svetlobi, sipani v zraku, katere barva naj bi imela, kot smo že ugotovili, najmanjšo valovno dolžino. Od vidnega sevanja ima vijolična najkrajšo valovno dolžino, sledi ji modra, modra pa ima nekoliko daljšo valovno dolžino. Ob upoštevanju neenakomerne intenzivnosti sončnega sevanja postane jasno, da je prispevek vijolične barve zanemarljiv. Zato je največji prispevek k sevanju, ki ga razprši zrak, modra, sledi ji modra.

Zakaj je sončni zahod rdeč?

V primeru, ko se Sonce skrije za obzorje, lahko opazimo isto dolgovalovno sevanje rdeče-oranžne barve. V tem primeru mora sončna svetloba prepotovati opazno večjo razdaljo v zemeljski atmosferi, preden doseže opazovalčeve oči. Na mestu, kjer začne sončno sevanje delovati z atmosfero, sta modra in modra barva najbolj izrazita. Z razdaljo pa kratkovalovno sevanje izgublja na intenzivnosti, saj se na poti močno razprši. Medtem ko dolgovalovno sevanje odlično premaguje tako velike razdalje. Zato je Sonce ob zahodu rdeče.

Kot smo že omenili, čeprav je dolgovalovno sevanje šibko razpršeno v zraku, še vedno obstaja sipanje. Zato Sonce, ko je na obzorju, oddaja svetlobo, od katere do opazovalca doseže le sevanje rdeče-oranžnih odtenkov, ki ima čas, da se nekoliko razprši v ozračju in tvori prej omenjeno "blodečo" svetlobo. Slednji obarva nebo v pestre odtenke rdeče in oranžne barve.

Zakaj so oblaki beli?

Ko že govorimo o oblakih, vemo, da so sestavljeni iz mikroskopskih kapljic tekočine, ki skoraj enakomerno sipajo vidno svetlobo, ne glede na valovno dolžino sevanja. Nato se razpršena svetloba, usmerjena v vse smeri od kapljice, ponovno razprši na druge kapljice. V tem primeru se ohrani kombinacija sevanja vseh valovnih dolžin, oblaki pa »svetijo« (odsevajo) v beli barvi.

Če je vreme oblačno, sončno sevanje doseže zemeljsko površino v zanemarljivi količini. V primeru velikih oblakov ali njihovega velikega števila se del sončne svetlobe absorbira, zato nebo potemni in dobi sivo barvo.