1. ¿Por qué las nubes son blancas?
Una gota de agua o un cristal de hielo dentro de las nubes es lo suficientemente grande como para dispersar fuertemente la luz de todos los colores (diferentes longitudes de onda). Dado que la luz sufre dispersión múltiple entre numerosas gotas de agua o cristales de hielo en todas las direcciones (Figura 1) y se absorbe débilmente a la luz visible de todas las longitudes de onda, la luz dispersa de todas las longitudes de onda constituye el color blanco de las nubes (Figura 2) que observamos .
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Figura 1: Las gotas de agua o los cristales de hielo dentro de las nubes dispersan las luces visibles en todas las direcciones.
Figura 2: nubes blancas bajo buen tiempo
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)
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2. ¿Cuáles son las diferencias entre la luz dispersada por la atmósfera y las nubes?
Dado que el tamaño de las moléculas de aire y las partículas en la atmósfera son comparables a las longitudes de onda de la luz visible, la “dispersión de Rayleigh” dispersa la luz solar, donde es más probable que la luz azul o púrpura (con longitudes de onda más cortas) se disperse que la roja. o luz naranja (longitudes de onda más largas) (Más detalles están disponibles en “Cielo azul”).
Sin embargo, el tamaño de las gotas de agua o los cristales de hielo dentro de las nubes (aproximadamente 10 µm o más grandes) son mucho más grandes que las longitudes de onda visibles, por lo que todas las longitudes de onda visibles se dispersan por partes iguales (Figura 3) y se llama “dispersión de Mie”. Este tipo de dispersión de la luz de todos los colores es diferente del tipo de dispersión selectiva de color (dispersión de Rayleigh) que da el color azul del cielo.
Figura 3: las gotas de nubes dispersan la luz de todas las longitudes de onda más o menos equitativamente
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3. ¿Por qué las nubes se vuelven grises u oscuras?
A medida que una nube se vuelve más gruesa, se refleja más luz solar y menos luz puede penetrar a través de ella (ver Figura 4). Dado que poca luz solar llega a la parte inferior de la nube, se dispersa menos luz y la base de la nube aparece gris. Además, si las gotas de agua cerca de la base de la nube se hacen más grandes (por ejemplo, justo antes de que las gotas de agua sean lo suficientemente pesadas como para caer), se convierten en dispersores menos efectivos y absorbentes más efectivos. Como tal, para una espesa nube de lluvia, la mayor parte de la luz solar se refleja o se absorbe antes de llegar a la base de la nube. Con mucha menos luz que llega al observador en el suelo, la nube se ve grisácea y oscura antes de que empiece a llover (Figura 5)
Figura 4: porcentaje promedio de luz transmitida (rojo), reflejada (azul) y absorbida (verde) por nubes de diferente espesor
Figura 5: Nubes con lluvia con base de nubes oscuras
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)
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4. ¿Por qué las nubes son rojas / anaranjadas durante el atardecer?
El color de una nube también depende del color de la luz que la ilumina. Cuando la luz del sol pasa a través de una gruesa capa de atmósfera y partículas de polvo al atardecer, el dispersión de Rayleigh dispersa el color azul y solo queda el color rojo a naranja (ver Pregunta 2). Las nubes reflejan estos rayos rojos / naranjas sin dispersión y aparecen en ese color (Figura 6). El efecto es muy parecido al brillo de un foco rojo sobre una sábana blanca.
Figura 6: nubes de color naranja rojizo durante el atardecer
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)
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5. ¿Las nubes a diferentes alturas se vuelven rojas durante la puesta de sol simultáneamente?
Como la Tierra es esférica, las nubes a diferentes alturas se vuelven rojas en diferentes momentos cuando el sol cruza el horizonte (Figura 7). Justo antes de la puesta del sol, el color de las nubes bajas (por ejemplo, estratos) se volverá rojo primero. Poco después de la puesta del sol, las nubes altas (por ejemplo, cirros) se tiñen gradualmente en rojo intenso y se vuelven aparentes bajo el fondo oscuro. Un espectador en el suelo puede distinguir las nubes a diferentes alturas de acuerdo con el momento relativo de su cambio de color durante el atardecer (Figura 8).
Figura 7: Relación entre la posición del Sol y la altura de las nubes rojas después del atardecer.
Figura 8: Solo las nubes altas se tiñen de rojo intenso después del atardecer
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)
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6. ¿Cuáles son los colores de las nubes en la noche?
Las nubes en la noche son visibles solo cuando hay una fuente de luz. Las nubes finas generalmente aparecerán blancas bajo la luz blanca de la luna. Para el fondo de nubes bajas densas, la fuente de luz principal es la luz del suelo (generalmente luz naranja o blanca) originada a partir de farolas y otras fuentes de luz en las ciudades. Tal luz brilla en la nube en lo alto y se dispersa por la base de una nube baja, haciendo que la nube baja parezca de color naranja amarillento o blanco cuando se observa en el área urbana (ver Figura 9). Los fenómenos serán más obvios si la nube es más baja o más densa.
Figura 9: Las nubes a la izquierda y a la derecha aparecen de color naranja rojizo y blanco respectivamente en una noche nublada
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)