Chmura składa się z wody, a woda w szklance jest przezroczysta. Mimo to chmury na niebie wyglądają jak biała wata, a przed deszczem robią się szare. Za jedno i drugie odpowiada to samo zjawisko: rozpraszanie światła na maleńkich kropelkach.
Światło słoneczne jest mieszaniną barw
Światło Słońca wydaje się białe, ale w rzeczywistości jest mieszaniną wszystkich kolorów tęczy. Widać to, gdy rozszczepia je kropla deszczu albo pryzmat. Barwy różnią się długością fali: fioletowa i niebieska mają ją krótszą, czerwona dłuższą.
To, jak światło zachowuje się po drodze, zależy od tego, na co trafia. Drobne cząsteczki powietrza rozpraszają silniej fale krótkie, czyli niebieskie, dlatego niebo w pogodny dzień jest błękitne. W chmurze sytuacja wygląda inaczej.
Co dzieje się w kropelkach chmury
Chmura to ogromna liczba mikroskopijnych kropelek wody (a na dużych wysokościach także kryształków lodu), unoszących się w powietrzu. Są one o wiele większe od cząsteczek powietrza, a ich rozmiar jest porównywalny z długością fali światła widzialnego lub większy.
Przy takich rozmiarach rozpraszanie przestaje faworyzować niebieski kolor. Fizycy nazywają to rozpraszaniem Mie. Kropelki odbijają i załamują wszystkie barwy mniej więcej jednakowo. Światło wpada do chmury, odbija się od niezliczonych kropelek, zmienia kierunek wiele razy i w końcu wychodzi na zewnątrz w różne strony. Skoro żadna barwa nie wygrywa, mieszanina pozostaje biała.
Podobnie jest ze śniegiem, pianą na fali czy mgłą. Woda lub lód w postaci drobnych, gęsto upakowanych elementów zawsze wygląda na białą, bo rozprasza światło we wszystkich kierunkach.
Dlaczego chmura bywa szara
Szarość nie oznacza, że chmura zmienia kolor sama w sobie. Chodzi o to, ile światła dociera do oka obserwatora. Szary to po prostu przyciemniony biały.
Im grubsza i gęstsza chmura, tym więcej razy światło musi się w niej odbić i rozproszyć. Część promieni wraca w stronę nieba, część zostaje pochłonięta, a do dolnej warstwy dociera ich coraz mniej. Patrząc z ziemi na spód takiej chmury, widzimy więc wyraźnie mniej światła niż u jej szczytu. Dlatego:
- cienka, wysoka chmura jest jasna, bo światło przechodzi przez nią łatwo,
- gruba chmura ma ciemniejszą podstawę, bo światło jest w niej mocno osłabiane,
- gdy całe niebo zasnuwa grubsza warstwa chmur, dzień robi się szary i pochmurny,
- sama chmura widziana z góry, na przykład z okna samolotu, nadal jest olśniewająco biała, bo oglądamy jej oświetloną stronę.
Ciemne chmury często towarzyszą opadom, ponieważ chmury, z których pada deszcz, zwykle są grube i zawierają dużo wody. Nie jest to jednak reguła bez wyjątków. Szare niebo bywa suche, a gwałtowny deszcz potrafi spaść z chmury, która z daleka nie wygląda groźnie. Do prognozowania pogody lepiej używać aktualnych komunikatów służb meteorologicznych niż samego koloru chmur.
Różowe, pomarańczowe i złote chmury
Chmury bywają też kolorowe, najczęściej o wschodzie i zachodzie Słońca. Gdy Słońce jest nisko, jego światło pokonuje w atmosferze znacznie dłuższą drogę. Po drodze większość niebieskiej i fioletowej składowej zostaje rozproszona na boki, a do chmur dociera światło zdominowane przez żółć, pomarańcz i czerwień.
Chmury działają wtedy jak ekran. Same się nie zmieniają, po prostu odbijają światło, które do nich dotarło. Dlatego ten sam obłok może być rano różowy, w południe biały, a wieczorem szary.
Jak to zaobserwować samemu
Żeby zobaczyć te zjawiska na własne oczy, nie potrzeba żadnego sprzętu. Wystarczy kilka spojrzeń w górę w różnych momentach dnia.
- Porównaj górę i spód chmury. Gdy widzisz duży obłok z boku, jego szczyt jest zwykle jasny, a podstawa ciemniejsza.
- Obserwuj cienkie chmury przy Słońcu. Cienka warstwa przepuszcza dużo światła i wygląda na jasną, wręcz świetlistą.
- Zwróć uwagę na porę dnia. O świcie i zmierzchu chmury przybierają ciepłe barwy, a w południe są najbardziej neutralne.
- Spójrz na chmury z okna samolotu. Nad warstwą chmur, od strony Słońca, nawet burzowe obłoki wyglądają na białe.
- Przy fotografowaniu nieba ustaw ekspozycję tak, by jasne chmury nie były prześwietlone. Wtedy lepiej widać ich strukturę i odcienie szarości.
Kolor chmur to więc codzienna lekcja optyki. Biel wynika z równomiernego rozpraszania wszystkich barw, a szarość z osłabienia światła w grubej warstwie wody. Kolejnym razem, gdy niebo się zachmurzy, możesz sprawdzić, które z tych zjawisk widzisz akurat nad głową.
