구름의 색을 결정짓는 성분이나 원리는 무엇인가요?
비가 내리는 밤하늘을 보다가 갑자기 궁금해서 질문드리는데, 하늘에 떠있는 구름의 색이 검은색도 있고 흰색도 있는데,어떤 원리에 의해 구름이 그런 색을 가질수가 있으며 또 어떻게 구름이 수분을 머금고도 하늘을 떠 다닐수가 있을까요?
구름이 생성되는 과정입니다.
공기 상승 → 단열 팽창 (부피 팽창) → 기온 하강 → 이슬점 도달 → 수증기 응결 → 구름 생성
공기가 상승하면 위로 가면서 공기가 적어지고 기압이 낮아져 공기의 부피가 팽창합니다. 하지만 공기 덩어리의 규모가 커서 주위의 열이 공기 덩어리의 가운데로 전달될 시간이 없어서 공기덩어리는 거의 단열 팽창을 하는 상태가 됩니다. 외부에서 들어오는 열이 없이 부피가 커지면 온도가 낮아지게 됩니다. 온도가 이슬점 이하로 낮아지면 수증기가 물방울로 변하면서 구름이 생성됩니다. 성층권 이상으로 올라가면 공기가 위로 올라갈 수 없으므로 더 이상 구름은 만들어지지 않습니다. 구름 속 물방울의 반지름은 약 0.02~0.05mm로 되어 있으며 수십억 개의 작은 물방울들이 모이면 구름으로 보입니다.
눈으로 보이는 구름이 작은 물방울이 모여 있는 상태입니다.
다양한 크기의 물분자가 모여서 생성된 구름은 제각기 다른 크기의 알갱이들 이 모여 있어서 산란되는 빛이 매우 다양합니다. 크기가 작은 입자들은 파란색을, 큰 입자들은 빨간색을 산란시킵니다. 물방울들과 얼음 조각들의 크기와 서로 떨어진 거리에 따라 다른 색깔의 빛이 산란됩니다. 얇은 구름은 모든 빛을 산란 시키므로 흰색으로 보입니다.
그렇지만 비가 내릴 정도로 구름이 두꺼워지면 아주 작은 양 의 빛만이 구름을 통과할 수 있습니다. 따라서 구름 아래 부분에 도달하는 빛의 양을 급격히 줄어듭니다. 우리가 눈으로 보게 되는 곳이 구름의 아랫부분이기 때문에 빛이 적게 도달하여 구름이 어둡게 보입니다. 비록 구름의 두께가 두껍더라도 뭉게구름 은 하얗게 보입니다. 이는 구름 속을 지나온 빛을 보는 것이 아니라 구름의 표면에서 반사된 빛을 보기 때문입니다.
참고
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B5%AC%EB%A6%84
http://lg-sl.net/product/infosearch/curiosityres/readCuriosityRes.mvc?curiosityResId=HODA2011090105
