Облака часто воспринимаются как нечто обыденное: просто белые «клочья ваты» в небе, которые иногда проливаются дождём. Однако за кулисами этого привычного пейзажа скрываются сложные термодинамические процессы, превращающие водяной пар в ледяные пули или светящиеся в темноте шлейфы. В новом выпуске StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и комик Чак Найс разбирают механику образования облаков, объясняют происхождение града и раскрывают природу загадочных «облачных улиц».
🌬️ Рождение облака: физика влажности и высоты 0:00
По словам Нила Деграсса Тайсона, для понимания природы облаков нужно сначала разобраться с концепцией «относительной влажности» . Воздух может удерживать определённое количество влаги, и этот лимит напрямую зависит от температуры: тёплый воздух способен удерживать больше воды, чем холодный .
Процесс образования облака выглядит следующим образом:
- Пузырь воздуха, нагретый солнцем, начинает подниматься вверх .
- По мере подъёма температура падает, и способность воздуха удерживать влагу снижается.
- Относительная влажность растёт (например, с 50% до 100%), хотя количество воды в граммах остаётся прежним .
- При достижении 100-процентной влажности водяной пар конденсируется в капли. Именно поэтому облака парят на высоте, а не лежат на земле .
Тайсон уточняет: если этот процесс происходит прямо у поверхности земли (например, когда после заката температура резко падает до точки 100-процентной влажности), образуется облако, которое мы привычно называем туманом . По наблюдениям Чака Найса, в туманную погоду всегда ощутимо прохладнее, что подтверждает физику процесса .
⛈️ От кучевых облаков до разрушительного града 2:39
Если воздух поднимается интенсивно и нестабильно, формируются кучевые облака (cumulus). В своём обычном состоянии они пропускают солнечный свет и кажутся белыми. Однако по мере накопления воды капли становятся крупнее, облако — плотнее, и его цвет меняется на серый .
Когда облако становится перенасыщенным влагой и достигает стадии кучево-дождевого (cumulonimbus), начинается самое интересное:
- Формирование осадков: Влага оседает на частицах пыли (нуклеация), формируя капли .
- Зависимость от восходящих потоков: Тайсон объясняет, что размер капель напрямую зависит от силы ветра, дующего снизу вверх. Чем мощнее восходящий поток, тем более крупные капли он способен удерживать в небе. Когда поток ослабевает или капля становится слишком тяжёлой, начинается «ливень с жирными каплями» .
- Град: Если восходящие потоки экстремально сильны, капли не просто падают, а выбрасываются ещё выше, где замерзают. Они циркулируют вверх-вниз, обрастая слоями льда, пока не превращаются в градины .
Нил Деграсс Тайсон отмечает, что наличие града — прямой показатель катастрофической силы шторма . При этом для выпадения града не обязательно быть в холодном климате или ждать зимы: в верхних слоях атмосферы всегда достаточно холодно для замерзания воды, даже в разгар лета .
🛣️ Математика в небе: «облачные улицы» и горные линзы 6:26
Особое внимание Тайсон уделяет явлению, известному как «облачные улицы» (cloud streets) — длинным параллельным рядам облаков, которые часто видны из иллюминатора самолёта .
Механика этого процесса основана на конвективных ячейках:
- Когда воздух поднимается, образуется облако.
- Чтобы заместить поднявшийся воздух, соседние массы должны опуститься .
- В случае с «улицами» эти ячейки имеют форму горизонтальных вращающихся цилиндров .
- Цилиндры вращаются в противоположных направлениях, подобно шестерёнкам: там, где потоки встречаются и идут вверх, формируется линия облаков; там, где они идут вниз — чистое небо .
Также существуют орографические (или лентикулярные) облака. Они образуются, когда горизонтальный поток воздуха натыкается на гору. Воздух вынужден подниматься по склону, охлаждаться и конденсироваться на вершине . Из-за округлой формы горных пиков такие облака часто имеют форму идеальных линз или дисков, которые свидетели нередко принимают за НЛО .
🛸 Светящиеся облака и доказательство круглой Земли 9:46
Самый редкий тип, упоминаемый в беседе — серебристые или ночные светящиеся облака (noctilucent clouds) . Они формируются так высоко в атмосфере, что остаются освещёнными солнцем даже тогда, когда на поверхности земли уже наступила глубокая ночь .
Нил Тайсон подчёркивает два важных аспекта этих облаков:
- Сферическая форма Земли: Тот факт, что солнце может освещать облака «из-за горизонта», является прямым доказательством того, что Земля — шар (хотя Тайсон и иронизирует, что нам не должны требоваться такие сложные доказательства для очевидного факта) .
- Ракетные запуски: В наше время за серебристые облака часто принимают инверсионные следы ракет. Если запуск происходит в сумерках, выхлопные газы на большой высоте ярко светятся в лучах заходящего солнца, что регулярно провоцирует волну сообщений о неопознанных летающих объектах .
