В летний погожий денек так приятно порой любоваться летящими по высокому небу белоснежными облаками, принимающими причудливые очертания диковинных зверей, сказочных замков или других образов, подсказанных фантазией.
Но стоит только на краю неба появиться черной дождевой туче, и беззаботное настроение сразу сменяется неосознанным чувством тревоги. Почему это происходит? Почему облака, такие белые и легкие, становясь грозовой тучей, сразу же темнеют, приобретая глубокий, почти черный цвет?
Что собой представляют облака?
Все без исключения облака представляют собой огромные, иногда размером в несколько десятков километров, скопления мельчайших водяных капелек и кристалликов льда, силой ветра перемещаемые над поверхностью земли на высоте от 0,5 до 30 километров.
Микроскопические размеры облачных элементов – капель или льдинок – дают возможность им долгое время держаться в воздухе. Но как только создаются условия для укрупнения облачных элементов, они становятся слишком тяжелыми, опускаются и выпадают из облака .
Облака бывают:
— перистыми – распростершимися по небу в виде огромных перьев или лент, прямой или изогнутой формы;
— слоистыми – будто состоящими из нескольких слоев, уложенных один на другой, нередко немного разного оттенка;
— кучевыми – напоминающими огромные сугробы или комки белоснежной ваты, летящие высоко в небе.
Это основные формы облаков, на практике нередко они сочетаются между собой самым причудливым образом, становясь перисто-слоистыми, перисто-кучевыми, слоисто-кучевыми и т.д.
Как образуются облака?
Как было сказано выше, облака образованы капельками водяного пара. Ежедневно с поверхности океанов, морей, озер и рек, да и просто с поверхности земли испаряются десятки тысяч тонн воды. Вначале эта вода находится в теплых слоях воздуха, расположенных близко к поверхности.
Этот теплый воздух, согласно законам физики, поднимается вверх, но чем больше он удаляется от земли, тем больше остывает. Молекулы воды, теряя энергию, начинают переходить из газообразного состояния в жидкое, конденсируясь в виде капель.
Но так как поднявшийся вверх воздух является более разреженным, чем нижний слой, находящийся возле поверхности, то капли воды не могут сконденсироваться до достаточно крупных размеров и остаются в атмосфере в виде взвеси, мельчайшего аэрозоля из жидких или твердых ледяных частиц. Это и есть облака.
Специалисты утверждают, что вода в них нередко присутствует в обоих состояниях одновременно – и в виде капель, и в виде льдинок.
Почему у облаков и туч разный цвет?
Метеорологи не пользуются термином «туча» , вместо этого они говорят «дождевое облако» или «грозовое облако» . Все мы знаем, что если на горизонте появилось и приближается к нам темное облако, то вскоре обязательно пойдет дождь. Между цветом облака и его способностью проливать капли воды существует самая непосредственная связь.
Дело в том, что структура белых облаков, летящих в небе на высоте шести и выше километров, очень разреженная, неплотная. Поэтому солнечный свет проходит сквозь них практически беспрепятственно, как сквозь матовый абажур лампы. Создается впечатление белоснежной воздушной массы, легкой и сияющей.
Когда, в силу разных причин, облако опускается на высоту двух или меньше километров, оно становится более плотным, и солнечным лучам уже труднее проходить через его толщу.
Чем ниже опускается облако, тем более темным оно выглядит: вначале оно приобретает легкий сероватый оттенок, затем становится явственно серым, синим или фиолетовым.
Одновременно воздушная масса уплотняется, и мельчайшие капельки сближаются друг с другом. Это приводит к тому, что капли воды увеличиваются в размерах, что еще больше ухудшает проходимость сквозь тучу солнечных лучей. Она становится все более тяжелой и опускается все ниже и ниже, и вот наступает момент, когда туча уже не может удерживать в себе капли воды, и они начинают падать вниз, на землю.
Процесс конденсации продолжается до тех пор, пока облако не станет менее плотным и не начнет подниматься в верхние слои атмосферы.
Таким образом, становится понятным, что цвет облака зависит в основном от его плотности: чем выше этот показатель, тем темнее облако.
Самую большую плотность имеют дождевые и грозовые облака, капли воды в которых уже сконденсировались практически до готовности пролиться на землю. Именно поэтому дождевая туча выглядит тяжелой и черной, а облако – белым и легким.
Красоту неба не раз изображали художники, описывали писатели и поэты, даже люди, очень далекие от искусства, засматриваются в эту манящую бездну, восхищаются нею, не находя ни слов, ни достаточных эмоций для выражения тех чувств, которые бередят душу и разум. Высь притягивает человека в любом амплуа, она прекрасна своей кристальной голубой гладью, не менее привлекательны и ее бурлящие потоки бело-серых туч, сменяемых легкими вкраплениями перистых облаков или пышных кучевых «барашков». И сколь бы меланхолично ни выглядело пасмурное небо, обволакивающее своей глубиной, оглушающее и давящее всей массой, оно также вызывает бурю эмоций и переживаний, навевая мысли на особую волну.
Красоту видит смотрящий
Каждый человек по-своему воспринимает мир. Для одних он угрюмый и серый, другие, наоборот, видят лишь цветущую, зеленую, исполненную красок планету. Также неодинаково оцениваем мы небеса над нашими головами. Если брать во внимание человека с обычным цветовым восприятием, то он будет видеть небосвод таким, как принято его считать - голубым, серым, розоватым на закате, дымчато-сизым на рассвете.
На деле же эти краски - это лишь то, что способны передать нам наши глаза и мозг. Зрению людей проще всего воспринять пасмурное небо серым. В ясную погоду над головами у нас бескрайняя лазурь, на деле же атмосферный купол ближе фиолетовому оттенку, если смотреть на него со стороны Земли.
В данной публикации мы выясним, почему небо в пасмурный день серое и то, от чего зависит насыщенность этой окраски, также узнаем, как его расцветка меняется на протяжении суток и года и что влияет на эти процессы.
Бездонный океан в вышине
Над территорией Европейских стран небосвод в теплую пору года обычно поражает своим насыщенным Иногда о нем можно сказать, что оно синее-синее. Однако если уделить тому, что происходит над нашими головами, хотя бы один день и внимательно понаблюдать за природными процессами, то можно заметить градацию цвета, который очень сильно меняется с момента восхода солнца и до того момента, как оно полностью сядет.
Летом небо кажется таким чистым и визуально высоким из-за низкой влажности, отсутствия большого количества облаков, которые, накапливая воду, постепенно опускаются все ближе к земле. В ясную погоду наш взгляд смотрит даже не на сотни метров вперед, а на расстояние, равное 1-1,5 км. Поэтому и воспринимаем мы небо столь высоким и ярким - отсутствие помех на пути световых лучей в атмосфере способствует тому, чтобы они не преломлялись, а глаза воспринимали его цвет именно голубым.
Почему небо меняет цвет
Такая перемена описана наукой, правда, не столь живописно, как писателями, и называется диффузным излучением неба. Если говорить простым и доступным для читателя языком, то объяснить процессы цветообразования небес можно так. Свет, который излучает солнце, проходит сквозь воздушную прослойку вокруг Земли, она его рассеивает. Проще этот процесс происходит с волнами короткой длины. Во время максимального подъема небесного светила над нашей планетой, в точке, расположенной вне его направления, будет наблюдаться самый яркий и насыщенный голубой цвет.
Однако когда солнце садится или встает, его лучи проходят по касательной к поверхности Земли, свету, излучаемому ими, нужно проходить более долгий путь, а значит и рассеваются в воздухе они в гораздо большей мере, чем днем. В результате человек воспринимает утром и вечером небо в розовых и красных тонах. Сильнее всего это явление видно, когда над нами пасмурное небо. Облака и тучи тогда становятся очень яркими, зарево садящегося солнца окрашивает их в потрясающие
Грозовая сталь
Но что такое пасмурное небо? Почему оно становится таким? Это явление выступает одним из звеньев круговорота воды природе. Поднимаясь ввысь в виде пара, водяные частички попадают в атмосферный слой с более низкой температурой. Накапливаясь и охлаждаясь на большой высоте, они соединяются между собой, превращаясь в капли. В тот момент, когда эти частицы еще очень малы, и предстают нашему взору красивые белые кучевые облака. Однако чем большими становятся капли, тем больше в тучах серого.
Иногда, глядя на небо, по которому проплывают эти огромные «барашки», можно увидеть, что одна их часть окрашена в серый цвет, другие и вовсе приобретают стальной грозовой оттенок. Такая трансформация объясняется тем, что капли в облаках имеют разную величину и форму, поэтому и свет они преломляют по-разному. Когда небо пасмурное абсолютно, оно сплошь окрашено в мышино-серые тона, до нас доходит только белый свет.
Необъятные дымчатые просторы
Бывают такие дни, когда серое пасмурное небо не имеет ни единого просвета. Так происходит, когда концентрация облаков и туч очень высокая, они обволакивают все зрительное пространство в вышине. Иногда они воспринимаются как огромная давящая масса, готовая обрушиться на голову. Причем наиболее характерно такое явление продемонстрировано осенью и зимой, когда температура воздуха низкая, а вот влажность, наоборот высокая и находится на уровне 80-90 %.
В такие дни облака очень сильно приближены к земной поверхности, они располагаются всего в сотне-другой метров от нее. Описание пасмурного неба часто имеет меланхоличные и депрессивные нотки, и связано это, скорее всего, именно с теми ощущениями, которые возникают, когда чувствуешь себя один на один с этой мрачной громадиной, готовой низвергнуться на тебя дождем и холодом.
А все могло быть иначе…
То, какими тонами играет небосвод, зависит от интенсивности светового излучения и длины волн, достигающих планеты, поэтому зимой даже в ясные дни он сизо-голубой. Но чем ближе весна и выше расположение солнца, тем ярче его синева, особенно в дни, когда рассеивается дымка в верхних слоях атмосферы, искажающая попадание света.
Ученые выяснили, что на других планетах небо вовсе может не иметь привычных для нас голубых и серых цветов, на Марсе, к примеру, оно розовое даже в разгар светового дня.
Многие из нас ещё в далёком детстве хоть раз, да задавались подобным вопросом, отчего небо над нами голубое? Ведь свет, который доходит до нас прямиком с Солнца, по сути, является белым, никак не голубым. Однако, по мере взросления, люди наверняка не потеряли интереса к данному вопросу. Многие были бы не прочь усмирить своё любопытство и всё-таки узнать, почему небесный свод именно голубого оттенка.
Почему небо голубое: физика
Более подробно углубиться во все тонкости этого вопроса поможет физика, где учёные уже давно разобрались в причинах и всё досконально изучили. Нам остаётся лишь вкусить плоды их кропотливой работы.
Итак, начнём с того, что нашу планету отличает от других – это наличие воздуха, которым могут дышать живые организмы. Хоть в его состав и входят азот, кислород, углекислый газ, пары воды, различные пылинки, которые постоянно находятся в движении, он, тем не менее, остаётся абсолютно прозрачным. Но зато солнечный свет обладает огромным количеством цветов, нам они знакомы как цвета радуги. Каждый из семи цветов обладает собственной волной, лучом, и все они разные по длине.
Чтобы солнечному свету достичь земли, ему необходимо пробиться через огромный слой воздуха. Именно во время прохождения света сквозь воздух лучи начинают рассеиваться, а более интенсивно процесс этот происходит именно с синим цветом. Объясняется это очень просто – длина волны синего света самая короткая. Вот так, с точки зрения физики, объясняется голубизна неба.
Физика ответила нам на вопрос «почему небо голубое» , но как же быть с облаками, ведь они имеют белый оттенок, хоть и находятся в воздухе. Было бы логично предположить, что лучи солнечного света будут рассеиваться сквозь облака точно так же, как и, проходя сквозь толщу воздуха. Но к этому вопросу нужно подойти немного с другой стороны.
Облака, прежде всего, это мельчайшие частицы воды, испарившиеся с поверхности земли и сгруппировавшиеся в газообразную массу. Но как бы ни были малы эти частицы, они всё равно будут по размеру гораздо крупнее молекулы воздуха. Именно в размере молекул и кроется ответ на данный вопрос.
Как нам стало известно, солнечные лучи, проникая в атмосферу Земли, на своём пути встречают препятствие – воздух, которое возможно преодолеть лишь путём рассеивания. Но с облаками такой способ не действует всё из-за того же размера молекул. Свет, встречаясь с микро-капелькой воды, не преломляется, а наоборот, отражается от её поверхности.
Это позволяет солнечному лучу остаться в своей изначальной палитре цветов, то есть, белым, при этом окрасив молекулы облаков в белый цвет.
Вы знаете, как появляются облака, почему одни становятся тучами, а другие так и остаются пышными белоснежными барашками? Об этом расскажет наша удивительная новинка «Облака. Наблюдаем и изучаем» - она для настоящих любителей облаков и почемучек всех возрастов.
Почему облака белые, а тучи черные, как рождаются облака и миражи и правда ли, что есть Общество любителей облаков? Рассказываем.
Это девиз Общества любителей облаков (The Cloud Appreciation Society) - международной организации, основанной в 2004 году в Англии Гэвином Претором-Пиннеем. Она объединяет 30 000 любителей облаков из 94 стран. Это люди, которые мечтают открыть красоту облачного неба окружающим. Присоединяйтесь!
Надо всего лишь лежать на траве и наблюдать за облаками. Или просто посмотреть наверх. Всегда, когда захочется.
Как рождается облако?
Когда горячий воздух смешивается с холодным, он остывает и может достигнуть точки росы. Происходит конденсация. Водяной пар, оседая на частичке в воздухе, превращается в капли или кристаллы льда, которые, собираясь вместе, и образуют облако.
Чаще всего это происходит, когда горячий воздух поднимается от земли и наверху - в атмосфере - встречает холодный. Похожее на облако явление можно наблюдать и у поверхности земли. Земля или вода, нагретая днем, остывает медленнее воздуха. При соприкосновении холодного ночного воздуха с теплым воздухом у поверхности земли или воды образуется туман.
Иллюстрация из книги
Да-да, туман тоже состоит из облачных элементов. По сути, это большое облако, лежащее на земле.
Почему облака белые, а тучи черные
Если облака состоят из капель, почему они белые? Потому что облачные элементы отражают свет: кристаллы и капли блестят в лучах солнца. И чем меньше элементы по размеру и чем их больше по количеству, тем белее облако.
Серые, сизые и черные грозовые облака состоят из тех же капель. Просто они - при сильной облачности - могут отбрасывать тень друг на друга (и даже на самих себя), поэтому и кажутся более темными. Бывают также более плотные облака - они состоят из крупных кристаллов и капель, поэтому лучи солнца не могут сквозь них проникнуть. Они кажутся темными и зловещими, если смотреть с земли.
Иллюстрация из книги
Но если пролететь над ними, например на самолете, они будут абсолютно белыми.
Как образуется мираж
Облако образуется, когда теплый воздух поднимается вверх. Этот горячий восходящий воздушный поток называется термик. На нем парят птицы и планеры.
Термик можно увидеть, если жарким днем посмотреть на асфальтированную дорогу. Кажется, что воздух над асфальтом подрагивает, а дорога будто покрыта лужами. Это явление называется мираж.
Мираж можно увидеть, когда встречаются горячий и холодный воздух, у которых разная плотность. На границе сред с разной плотностью луч света преломляется, и мы видим мираж.
Облака - это не просто ватные клочья, которые закрывают солнце. Они не менее прекрасны, чем звезды. Прочитав эту книгу, вы убедитесь сами.
Несмотря на научный прогресс и свободный доступ ко множеству источников информации, редкий человек может правильно ответить на вопрос, почему небо голубое.
Почему днем небо синего или голубого цвета?
Белый свет - а именно его излучает Солнце - состоят из семи частей цветового спектра: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Известная еще со школы считалочка - «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан» - как раз и определяет цвета этого спектра по начальным буквам каждого из слов. Каждому цвету соответствует своя длина световой волны: самая большая у красного и самая короткая у фиолетового цвета.
Привычное для нас небо (атмосфера) состоит из твердых микрочастиц, мельчайших капель воды и молекул газа. На протяжении долгого времени существовало несколько ошибочных предположений, пытающихся объяснить, почему небо голубое:
- атмосфера, состоящая из мельчайших частиц воды и молекул различных газов, хорошо пропускает лучи синего спектра и не дает коснуться Земли лучам красного спектра;
- мелкие твердые частицы - к примеру, пыль - взвешенные в воздухе, рассеивают синие и фиолетовые волны меньше всего, и из-за этого им удаётся достигать поверхности Земли в отличие от других цветов спектра.
Эти гипотезы поддерживали многие известные ученые, однако исследования английского физика Джона Рэлея показали, что не твердые частицы являются основной причиной рассеивания света. Именно молекулы газов, находящихся в атмосфере, разделяют свет на цветовые составляющие. Белый солнечный луч, столкнувшись в небе с газовой частицей, разлетается (рассеивается) в разные стороны.
При столкновении с молекулой газа, каждый из семи цветовых компонентов белого света рассеивается. При этом свет с более длинными волнами (красная составляющая спектра, в которую также входит оранжевый и желтый) рассеивается хуже, чем свет с короткими волнами (синяя составляющая спектра). Из-за этого после рассеивания, в воздухе остается в восемь раз больше цветов синего спектра, чем красного.
Хотя и самая короткая длина волны у фиолетового цвета, небо всё равно кажется голубым из-за смешения фиолетовых и зелёных волн. Кроме этого, нашими глазами лучше воспринимается голубой цвет, чем фиолетовый, при одинаковой яркости обоих. Именно эти факты и определяют цветовую гамму неба: атмосфера буквально наполнена лучами сине-голубого цвета.
Почему тогда закат красный?
Однако, небо голубое не всегда. Закономерно возникает вопрос: если мы видим в течение всего дня синее небо, почему закат красный? Выше мы выяснили, что красный цвет меньше всего рассеивается молекулами газа. Во время заката Солнце приближается к горизонту и солнечный луч направлен к поверхности Земли не вертикально, как днем, а под углом.
Поэтому путь, который он проходит через атмосферу, намного больше того, что он проходит днем, когда Солнце стоит высоко. Из-за этого сине-голубой спектр поглощается в толстом слое атмосферы, не доходя до Земли. А более длинные световые волны красно-жёлтого спектра доходят до поверхности Земли, окрашивая небо и облака в характерные для заката красный и жёлтый цвета.
Почему облака белые?
Затронем и тему облаков. Почему на голубом небе белые облака? Для начала вспомним, как они образуются. Влажный воздух, содержащий невидимый пар, нагреваясь у поверхности земли, поднимается и расширяется в силу того, что вверху давление воздуха меньше. Расширяясь, воздух охлаждается. При достижении определенной температуры водяной пар конденсируется вокруг атмосферной пыли и других взвешенных твердых частиц, и в результате образуются крохотные капли воды, слияние которых формирует облако.
Несмотря на свой сравнительно малый размер, частицы воды намного больше молекул газа. И если, встречая молекулы воздуха, солнечные лучи рассеиваются, то при встрече с каплями воды свет отражается от них. При этом изначально белый солнечный луч своего цвета не меняет и одновременно «окрашивает» в белый цвет молекулы облаков.
