Waarom is de lucht blauw en wolken wit of grijs?

Advertentie
Mijn weer
  • Op een mooie zomerdag zien we een prachtig blauwe hemel, met enkele witte cumuluswolken, ook wel mooiweerwolken genoemd. Foto: Wikipedia.

    De verschillende golflengtes in het zichtbare deel van het elektro-magnetisch spectrum. Foto: Wikipedia.

    's Ochtends kleurt de hemel soms prachtig rood. Foto: MeteoGroup

  • Waarom is de lucht blauw en wolken wit of grijs?
    27.07.2017 12:14

    Wanneer we op een mooie zomerdag naar boven kijken, kijken we aan tegen een blauwe hemel, vaak ook vergezeld van enkele witte mooiweerwolken. Als het gaat regenen daarentegen, hangen er vaak grijze wolken boven ons hoofd, zoals de afgelopen weken vaak het geval was. Heeft u zich ook al eens afgevraagd waarom dit zo is, waarom de lucht blauw kleurt en de wolken soms wit en soms grijs? Om dit te weten te komen, moeten we ons even verdiepen in de fysica.

    • Advertentie

    Verstrooiing in de atmosfeer

    De zon zendt straling uit, die na een lange weg doorheen de atmosfeer uiteindelijk het aardoppervlak bereikt. Langs de lange reisweg doorheen de atmosfeer interageert deze straling met de deeltjes die zich in deze atmosfeer bevinden. Een deel van deze straling wordt geabsorbeerd, maar een groot deel ervan wordt ook “verstrooid” in alle richtingen. Het is dit fysich proces dat uiteindelijk de kleur van de lucht en de wolken bepaalt.

    Twee verstrooiings-regimes

    In het algemeen zijn er twee verschillende verstrooiingsregimes te onderscheiden, afhankelijk van de grootte van de deeltjes die ageren als verstrooiier. Enerzijds is er Rayleigh-verstrooiing, genoemd naar de Engelse fysicus Lord Rayleigh en anderzijds Mie-verstrooiing, genoemd naar de gelijknamige Duitse natuurkundige Gustav Mie. Rayleigh-verstrooiing geldt voor deeltjes die veel kleiner zijn dan de golflengte van het zonlicht. In de atmosfeer zijn dit bijvoorbeeld luchtmoleculen, die doorgaans een kleinere diameter hebben dan de golflengte van het licht afkomstig van de zon. Mie-verstrooing geldt voor deeltjes die een gelijkaardige diameter hebben als de golflengte van het zonlicht, zoals wolkendruppels. Als we over zonlicht spreken, spreken we in deze context over het zichtbare deel van het spectrum (zie afbeelding) met golflengtes die variëren tussen 0.38 micrometer (blauw licht) en 0.75 micrometer (rood licht). Dit licht is immers waarneembaar met het menselijk oog.

    Blauwe lucht

    Uit het bovenstaande volgt dat we om de kleur van de lucht te verklaren, moeten kijken naar Rayleigh-verstrooiing, aangezien de verstrooiers in dit geval de relatief kleine luchtmoleculen zijn. Fysica leert ons dat Rayleigh-verstrooiing omgekeerd evenredig is met de golflengte tot de vierde macht. Dit wil zeggen dat hoe kleiner de golflengte van het licht is, hoe meer deze verstrooid zal worden in alle richtingen. In het zichtbaar deel van het elektromagnetisch spectrum wordt dus blauw licht meer verstrooid dan rood licht, want blauw licht heeft een kortere golflengte. Dit verklaart meteen dan ook waarom de lucht blauw is, omdat het blauw licht het meest verstrooid wordt in alle richtingen en we dus de lucht als blauw ervaren met ons oog.

    De kleur van wolken

    Voor verstrooiing door wolken geldt het principe van de Mie-verstrooiing, want wolken bevatten  waterdruppeltjes met een gelijkaardige of grotere afmeting dan het zonlicht. Deze vorm van verstrooiing is golflengte-onafhankelijk, dit wil zeggen dat elke kleur in het zichtbaar deel van het spectrum evenveel verstrooid zal worden. Het verstrooide licht van de wolken ervaren wij dus als wit, want alle kleuren samen vormen precies wit. Als wolken echter denser worden en meer en meer druppels gaan bevatten, zal minder zonlicht doorgelaten worden en krijgt de wolk vanop de grond gezien een meer grijze aanbllik. Als wolken denser worden wordt de kans eveneens groter dat er regen uit zal vallen. Grijze wolken worden dus ook vaak geassocieerd met regen.

    Ochtendrood en avondrood

    ’s Avonds en ’s nachts, tijdens zonsop- of ondergang, kleurt de hemel vaak rood van kleur. Ook dit fenomeen kan verklaard worden door de theorie van de Rayleigh-verstrooiing. Op deze momenten van de dag staat de zon laag aan de horizon en legt het zonlicht een langere weg af doorheen de atmosfeer. Deze weg is dan zo lang dat door verstrooiing al het blauwe en groene licht reeds volledig weggefilterd is en er in mindere mate verstrooiing optreedt in de gele tot rode delen van het spectrum. Hierdoor ervaren we de lucht als oranje-rood. Indien er ook bewolking voorkomt op deze momenten van de dag, zal de zon de onderkant van de wolken belichten, eveneens met een meer rode kleur. Dit levert dan vaak prachtige schemeringskleuren op. Hieraan is echter 1 nadeel aan verbonden: in de zomerperiode moet je vroeg uit de veren of laat opblijven om van dit prachtig schouwspel te kunnen genieten, de dagen zijn immers langer in deze periode van het jaar... 

    Bron: Meteogroup, Wikipedia

    Door: Samuel Helsen (stagiair MeteoGroup BE)