Bulutların Rengi
Bir bulutun rengi öncelikle aldığı ışığın rengine bağlıdır. Dünyanın doğal ışık kaynağı, 'beyaz' ışık sağlayan güneştir. Beyaz ışık, görebildiğimiz renk aralığı olan 'görünür spektrum'daki tüm renkleri birleştirir.
Görünür spektrumdaki her renk, farklı uzunluklardaki elektromanyetik dalgaları temsil eder. Dalga boyu mordan çivit mavisine, maviye, yeşile, sarıya, turuncuya, kırmızıya ve koyu kırmızıya yükseldikçe renkler değişir.
Görünür ışık, tam elektromanyetik spektrumun sadece küçük bir kısmıdır.
Bir ışık dalgasının uzunluğu arttıkça enerjisi azalır. Bu, menekşe, çivit mavisi ve maviyi oluşturan ışık dalgalarının sarı, turuncu ve kırmızıdan daha yüksek enerji seviyelerine sahip olduğu anlamına gelir.
Güneş ışığının renklerini görmenin bir yolu prizma kullanmaktır. Işık hızı, prizmaya doğru hareket ederken hafifçe azalır ve hafifçe bükülmesine neden olur. Buna kırılma denir. Kırılma derecesi, her dalganın enerji seviyesine göre değişir.
Bir prizma, kaynak ışığı oluşturan renkleri tek tek görmenizi sağlar. Bu durumda, prizmaya giren güneş ışığı, her bileşenin dalga boyuna göre bir gökkuşağının renklerine bölünür.
En düşük enerjili ışık dalgaları en az kırılırken, en yüksek enerjili dalgalar en büyük kırılmayı gösterir. Sonuç, ışığın bir gökkuşağı rengine dağılmasıdır.
Gökkuşağı, kısmen güneş ışığının bir prizma gibi davranan bir yağmur damlası yoluyla kırılmasının sonucudur.
Peki, güneş ışığı 'beyaz' ise, gökyüzü neden mavidir?
Atmosferdeki gazları oluşturan atom ve moleküller, güneşin yaydığı ışığın dalga boylarından çok daha küçüktür.
Işık dalgaları atmosfere girdikçe atom ve moleküllerle çarpışmalar yoluyla her yöne dağılmaya başlarlar. Bu, Lord Rayleigh'den sonra adlandırılan Rayleigh saçılması olarak adlandırılır.
Gökyüzünün rengi, TÜM dalga boylarının saçılmasının bir sonucudur. Yine de, bu saçılma eşit oranda değil, daha kısa dalga boylarına doğru ağır bir ağırlıktadır.
Güneş ışığı atmosfere girerken, mor ışık dalgalarının çoğu önce atmosferde çok yüksek dağılır ve bu nedenle kolayca görülmez. İndigo renkli ışık dalgaları daha sonra dağılır ve normal seyir irtifalarında uçan jet uçakları gibi yüksek irtifalardan görülebilir.
Bu gün doğumu görüntüsünde, mavi gökyüzü, sarı Cirrus bulutları ve turuncu Altocumulus bulutları, hem Rayleigh hem de Mie saçılmasından kaynaklanmaktadır. Rayleigh dağınıklığı, mavi gökyüzünü ve bulutların aldığı rengi üretir. Mei saçılması, gördüğümüz renkten sorumludur. Atmosferde Rayleigh saçılması meydana gelse bile, güneşin 'beyaz' ışığının yarısından fazlası atmosferin içinden geçerek yeryüzüne ulaşır.
Ardından, mavi ışık dalgaları, kırmızı ışık dalgalarından yaklaşık dört kat daha güçlü bir oranda saçılır. Daha kısa mavi ışık dalgaları tarafından saçılma hacmi (mor ve çivit mavisi tarafından ek saçılma ile birlikte) kalan renk dalga boyları tarafından saçılmaya baskındır. Bu nedenle gökyüzünün mavi rengini algılarız.
Gökyüzü maviyse, bulutlar neden beyaz?
Işık dalgalarının atmosferdeki gazlardan çok daha küçük olduğu Rayleigh saçılmasının aksine, bir bulutu oluşturan tek tek su damlacıkları güneş ışığının dalga boyuna benzer boyuttadır. Damlacıklar ve ışık dalgaları benzer boyutta olduğunda, 'Mie' saçılması adı verilen farklı bir saçılma meydana gelir.
Mie saçılması, bireysel dalga boyu renklerini ayırt etmez ve bu nedenle TÜM dalga boyu renklerini aynı şekilde saçar. Sonuç, güneşten eşit olarak saçılan 'beyaz' ışıktır ve bu nedenle beyaz bulutlar görürüz.
Ancak bulutlar her zaman beyaz görünmez çünkü atmosferdeki pus ve toz bulutların sarı, turuncu veya kırmızı görünmesine neden olabilir. Bulutlar kalınlaştıkça, buluttan geçen güneş ışığı azalacak veya engellenerek buluta gri bir renk verecektir. Buluta doğrudan güneş ışığı vurmazsa, gökyüzünün rengini yansıtabilir ve mavimsi görünebilir.
Rayleigh ve Mie
En güzel bulutlardan bazıları, gün doğumu ve gün batımına yakın bir zamanda, parlak sarılar, portakallar ve kırmızılarda görünebildiklerinde meydana gelir. Renkler, Rayleigh ve Mie saçılmasının bir kombinasyonundan kaynaklanır.
Işık atmosferden geçerken, daha kısa mavi dalga boylarının çoğu dağılır ve daha uzun dalgaların çoğunluğu devam eder. Bu nedenle, güneş ışığının baskın rengi bu daha uzun dalga boylarına dönüşür.
Ayrıca, ışık atmosfere girerken, atmosferin en yoğun olduğu yer yüzeyinin yakınında yolunda en büyük bükülme ile kırılır. Bu, ışığın atmosferdeki yolunun uzamasına neden olarak daha fazla Rayleigh saçılmasına izin verir.
Işık atmosferde hareket etmeye devam ederken, sarı dalga boyları dağılır ve turuncu dalga boylarını bırakır. Turuncu dalga boylarının daha fazla saçılması, güneş ışığının baskın rengi olarak kırmızıyı bırakır.
Bu nedenle, gün doğumu ve gün batımına yakın bir yerde, bir bulutun rengi, Rayleigh saçılmasından sonra aldığı güneş ışığı rengidir. Güneş ışığının rengini, kalan tüm dalga boyu renklerini eşit olarak dağıtan Mei saçılması nedeniyle görüyoruz.
Dünya atmosferinden geçen üç varsayımsal ışık dalgasının bir tasviri. A) Güneş ışığı atmosfere zar zor girer, sadece menekşe ve çivit renkleri saçılır. 
Önce menekşe ve çivit renkleri saçıldığında, güneş ışığı mavi saçılımın en büyük kısmının meydana geldiği atmosfere daha fazla nüfuz eder. Işığın yoluna bir miktar uzunluk katan kırılma nedeniyle atmosfer tarafından bir miktar ışık bükülmesi vardır. Işık yolu atmosferi terk etmeye başladığında, renk ağırlıklı olarak sarıdır. C) En fazla Rayleigh saçılması ile en büyük kırılma ve en uzun ışık yolu.
Algının Rengi
Bazen, doğrudan güneş ışığı altında, bulutlar mavi bir gökyüzüne veya daha büyük beyaz bulutların zeminine karşı gri veya koyu gri görünür. Bu etkinin genellikle iki nedeni vardır.
- Bulutlar, arka plandaki mavi gökyüzünün bulutun içinden görülmesini sağlayan yarı saydam olabilir. Böylece daha koyu bir görünüm kazandırılır.
- Daha yaygın bir neden, arka plan (mavi gökyüzü veya ek bulutlar) ile ön plan bulutu arasındaki kontrastın görüşümüzü bunaltmasıdır. Özünde, gözlerimiz, arka planın ezici parlaklığına göre karanlık görünen ön plan bulutları algımızla kandırılır.
Bu ikinci sebep, güneş lekelerinin karanlık görünmesinin nedenidir. Güneşin parlaklığı sıcaklığa bağlıdır ve bir güneş lekesinin sıcaklığı, güneşin çevresindeki yüzeyinden daha düşüktür.
Güneşin yüzeyine göre güneş lekeleri oldukça koyu görünür. Bununla birlikte, güneş lekeleri çevredeki parlaklıktan izole edilmiş olsaydı, korunmasız gözle bakılamayacak kadar parlak olurdu. İkisi arasındaki parlaklık kontrastı, güneş lekelerinin karanlık görünmesine neden olur.