【知ってそうで知らない科学の話】なぜ雲は白いの? 空が青い原理とおなじです

Hana
曇ってなんで白いんだろ?
そもそも曇って何でできているの?

私たちの生活で日々目にする雲ですが、なぜ白く見えるのでしょうか?

雲自体が白い物体でできている….というわけではないんです。

今回は、雲が白く見える理由について、科学的な視点から解説します。

雲は何でできているの?

そもそもの話、曇が何でできているか知っていますか?

綿菓子ではありませんよ?(笑)

雲は 雲粒(うんりゅう、または、くもつぶ)と言われる微小な水の粒 が集まってできています。
この雲粒の大きさは直径約数μmから10μm程度と言われています。

もし、上昇流や空気の移流によりこの雲に新たな水の供給があると、雲粒同士が衝突し大きくなり、やがて雨粒(直径約1mm程度)になります。

これが重力の作用によって地上に落ちることで、我々は雨と認識するわけです。

したがって、 雲の成分は何かと問われたら、簡単に言うと水の粒の塊である と言えます。

雲はなぜ白く見えるの?

さて、雲の成分がわかったところで本題に入りましょう。
なぜ雲は白く見えるのでしょうか?

これは、太陽光が雲に入射する際の光の散乱現象が影響しています。


まず、「夕焼けが起きるメカニズム」でも詳しく説明している通り、太陽の光には、虹に代表されるように「赤・橙・黄・緑・青・藍・紫」の7色の光が混ざっています。

絵具で様々な色を混ぜると最終的は黒になりますが、光は性質上、様々な色を混ぜると白色になります。
これが、雲が白く見える理由に関係しています。


次に、太陽光に含まれている様々な色の光は、それぞれ波長の長さが異なっており、寒色系(紫や青)になるほど波長が短く、暖色系(赤、オレンジ)になるほど波長が長くなります。

空が青く見える原理

光が空気中を通過するとき、大気の分子や雲内の雲粒に衝突することによって散乱が起きます。

まず、光が単に地球大気を通る時を見てみましょう。
この場合、光は大気中に含まれる 非常に小さい窒素分子や酸素分子とだけ衝突 します。

そのため、波長が小さい青系の光は散乱され広範囲に広がりますが、波長が長い赤系の光はほとんど散乱せずに透過します。
これにより、空は青色に見えます。

雲が白く見える原理

一方で、前章で解説したように雲は水でできた雲粒によって構成されています。

雲粒は直径約数μmから10μm程度と定義されていますが、成長段階だと100μm程度になっているものも存在します。
この大きさは、地球大気に含まれる窒素分子や酸素分子に比べ、非常に大きいため、光の散乱の特性も変わってきます。

以下の図を見てください。
左は光が地球大気を通過する際の様子、右は光が雲を通過する際の様子です。


光が地球大気を通過する場合は、波長の短い青い光のみが散乱され空は青く輝きますが、光が雲を通過する場合は、雲粒の大きさが比較的大きいため、波長の長い赤い光も含め、可視光域のほとんどの光が散乱されることになります。

可視光域のほとんどの光が全方向に散乱されることによって、様々な色の光が混ざり雲が白色に見えるという理屈です。




今回紹介した「雲が白く見える理由」、「空が青く見える理由」と同じ原理で夕焼けがなぜ赤いのかの説明することができます。
こちらに関しても、記事を書きましたので合わせてご覧下さい。

【知ってそうで知らない科学の話】夕焼けが起きるメカニズムとは?
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夕方、晴れた空にはオレンジに染まったきれいな夕焼けが起きます。日々の生活では特に意識しないからか、きれいな夕焼けがあってもそこまで感動しないかもしれませんが、旅.....

まとめ

雲が白く見える理由をまとめると次のようになります。

まとめ
雲が白く見えるのは、

「太陽光が雲の水粒子に入射した際、粒子の大きさが比較的大きいことからすべての光が散乱してしまうため、様々な光が混ざり白色に見えるため」

となります。

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