1. ¿Por qué las nubes son blancas?
Una gota de agua o 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). Como la luz sufre múltiples dispersiones entre numerosas gotas de agua o cristales de hielo en todas las direcciones (Figura 1) y absorben débilmente 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 .
Figura 1: gotitas de agua o 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 partículas en la atmósfera es comparable a las longitudes de onda de la luz visible, la atmósfera dispersa la luz solar mediante “Rayleigh scattering”, donde la luz azul o púrpura (con longitudes de onda más cortas) es más probable que se dispersen o luz anaranjada (longitudes de onda más largas) (Hay más detalles disponibles en “Cielo azul”).
Sin embargo, el tamaño de las gotas de agua o cristales de hielo dentro de las nubes (10 μm o más) es mucho mayor que las longitudes de onda visibles, por lo que todas las longitudes de onda visibles se dispersan por igual (Figura 3) y se denomina dispersión de Mie. Este tipo de dispersión de luz de todos los colores es diferente del tipo de dispersión selectiva de color (dispersión de Rayleigh) que proporciona el color azul del cielo.
Figura 3: las gotas de la nube 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 puede penetrar menos luz a través de ella (ver Figura 4). Como la luz del sol apenas 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 crecen (por ejemplo, justo antes de que las gotas de agua pesen lo suficiente como para caer), se vuelven menos eficaces y más eficaces. Como tal, para una nube gruesa que lleva la lluvia, la mayoría de la luz del sol se refleja o se absorbe antes de llegar a la base de la nube. Con mucha menos luz llegando al observador en el suelo, la nube se ve grisácea y oscura antes de que la lluvia comience a caer (Figura 5)
Figura 4: porcentaje promedio de luz transmitida (roja), reflejada (azul) y absorbida (verde) por nubes de diferente grosor
Figura 5: Nubes lluviosas 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 lo ilumina. Cuando la luz del sol pasa a través de una gruesa capa de atmósfera y partículas de polvo al atardecer, el color azul se dispersa mediante Rayleigh Scattering y solo queda el color rojo a naranja (vea la Pregunta 2). Las nubes reflejan estos rayos rojo / naranja no dispersados y aparecen en ese color (Figura 6). El efecto es similar a iluminar con un foco rojo sobre una sábana blanca.
Figura 6: nubes anaranjadas rojizas durante puesta del sol
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)
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5. ¿Las nubes a diferentes alturas se vuelven rojas durante el atardecer al mismo tiempo?
Dado que 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, el estrato) se volverá rojo primero. Poco después de la puesta de sol, las nubes altas (por ejemplo, los cirros) se tiñerían gradualmente en rojo oscuro y se volverían aparentes bajo el fondo oscuro. Un observador en el suelo puede distinguir las nubes a diferentes alturas de acuerdo con el tiempo relativo de 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 delgadas 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 anaranjada 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). El fenómeno será más obvio si la nube es más baja o más densa.
Figura 9: Las nubes a la izquierda y derecha aparecen naranja rojizo y blanco respectivamente en una noche nublada
(Foto cortesía del Dr. TC Lee, Observatorio de Hong Kong)