Průhledná kapka, bílý celek

Sklenice čisté vody je průhledná. Jediná drobná kapka v ovzduší je také téměř neviditelná. Mrak ovšem není jedna velká kapka, ale obrovské množství maličkých kapek vody, ledových krystalků nebo jejich kombinace.

Vzniká tehdy, když se vodní pára v ochlazujícím se vzduchu mění na kapalnou vodu či led. Při tom jí obvykle pomáhají nepatrné částice v ovzduší, například:

  • mořská sůl,
  • prach
  • nebo jiné aerosoly.

Právě rozdělení vody do nespočtu drobných částic mění to, co vidíme. Každá kapka světlo částečně propustí, odkloní a rozptýlí. V celém mraku se tyto děje opakují tolikrát, že ke zraku přichází světlo z mnoha směrů najednou. Mrak proto nepůsobí jako průhledná vrstva vody, ale jako jasná plocha zavěšená na obloze.

Bílá vzniká ze všech barev najednou

Sluneční světlo, které označujeme jako bílé, obsahuje směs barev viditelného spektra. Molekuly vzduchu rozptylují krátké modré vlnové délky výrazněji než dlouhé červené, a proto za jasného dne vypadá obloha modře.

Kapky v mracích jsou ale proti molekulám vzduchu mnohem větší. Rozptylují proto většinu viditelných barev podobně účinně.

Výsledkem není převaha jediné barvy, nýbrž jejich smíšený dojem: bílá. Podobný efekt známe z rozdrceného ledu nebo sněhu. Led jako souvislý kus může být čirý, ale mnoho drobných ledových struktur světlo rozptýlí do všech stran a začne se jevit bíle či neprůhledně.

Mrak není bílý barvou vody, ale cestou, kterou světlo absolvuje mezi množstvím kapek.

Proč se bouřkový mrak zdola jeví šedý

Šedý nebo tmavý mrak nemusí být „špinavý“ ani plný deště. Často jde hlavně o otázku tloušťky a osvětlení. U vysokého či hustého mraku se velká část slunečního světla rozptýlí už v jeho horních vrstvách. Ke spodní části, na kterou se díváme ze země, pak doputuje méně světla. Ta proto nevypadá zářivě bílá.

Oko navíc neposuzuje jas odděleně. Porovnává spodní stranu mraku se světlou oblohou nebo se sluncem ozářeným okolím. Mrak, který by sám o sobě nebyl černý, pak v kontrastu působí výrazně tmavší.

U mohutných bouřkových oblaků se k tomu přidává složitá stavba:

  • voda,
  • led,
  • srážkové částice
  • i stíny uvnitř oblaku vytvářejí velmi dlouhou a členitou cestu pro světlo.

Ne každá bělost říká totéž

Na vzhledu mraků záleží i velikost kapek a částic, kolem nichž se kapky tvoří. Když je v určitém objemu vzduchu více vhodných aerosolových částic, voda se může rozdělit mezi více drobných kapek. Takový mrak může být odrazivější a opticky jasnější než mrak složený z menšího počtu větších kapek.

Tento vztah je důležitý i pro výzkum klimatu, ale není to jednoduchý barevný ukazatel kvality vzduchu. Aerosoly mají různý původ, velikost i chemické vlastnosti a oblaky se zároveň proměňují s teplotou, prouděním a vlhkostí. Z jediné fotografie tedy nelze spolehlivě vyčíst, co se v atmosféře děje. Vědci proto spojují pozorování ze země, družicová měření a fyzikální modely.

Obyčejný pohled jako lekce optiky

Když se příště podíváte na jasný beránkový oblak a na tmavou základnu vzdálené bouřky, neuvidíte dva odlišně zbarvené druhy vody. Uvidíte světlo, které se v každém z nich pohybovalo jinak dlouho a jinak složitě. Malé kapky a ledové krystalky promění průhlednou vodu ve viditelný útvar; jeho tloušťka pak určí, kolik světla se vrátí směrem k vašim očím.

Mraky jsou proto pozoruhodným příkladem, že barva věcí není jen jejich vlastnost. Vzniká také ze zdroje světla, velikosti částic, směru pohledu a z cesty, kterou světlo projde. Stačí zvednout oči — a fyzika rozptylu se na chvíli stane součástí všedního dne.