雲は何でできているの?どうして白いの?ミー散乱とは?

2018年9月7日身の回りの科学

空を見上げるといつも雲が浮いています。

もちろん快晴の日にはありませんが、だいたいの日に雲はありますよね。

そして、様々な形をしている雲。

ハート形や魚に車、じっと見ているといろんな形に見えてきますよね。

また、その雲の上に乗ってみたいなとか、雲の上には何があるのだろう?

天空の城とか!

上にのったらきっと気持ちいいんだろうな。

そんな風に子供の頃は想像力を働かせました。

では、そんな雲はいったい何からできているのでしょうか?

いきなりその答えを言ってしまうと水と氷の粒です。

雲は水と氷の粒からできているため、全くふわふわではないどころか、私たちは乗ることも掴むこともできません。

なんとも悲しい事実ですよね。

今回はそんな雲について詳しく説明していこうと思います!

1.雲は何でできているの?

先ほども申し上げた通り、雲は水と氷の粒でできています。

雲は私たちがいる地上よりも遥か上空でできていますよね。

そんな雲ができるくらい高い所では、地上よりもずっと気温が低くなっています。

なぜならば、大気圧が低いからです。 空気の密度が低く、気温も低くなっているのです。

山の上に上がっていくほど寒くなるのを思い出せば、イメージができると思います。

雲ができるくらい高いところでは、水分子は水蒸気でいられなくなります。

当然のように冷やされると水蒸気は水や氷となりますよね。

水蒸気が冷やされて変わる水滴のことを『雲粒』、そして氷の粒を『氷晶』と言います。

また、この2つを合わせて『雲粒子』と呼んでいるのです。

粒と言ってももの凄く小さな粒です。

くもはこのもの凄く小さな雲粒子が集まってできているということですね!

ちょっと待ってください!

雲が水や氷でできていると言うのならば、なぜあんなに浮かんでいられるんでしょうか?

すぐに落ちてきてしまいそうですよね!

2.どうして雲は浮いていられるの?

雲は水と氷の粒からできていると言いました。

しかし、なぜ落ちてこないのでしょうか?

それは『上昇気流』のおかげなのです。

空気は温かい方から冷たい方へと流れていきます。

つまり、地面付近の温かい空気は、上空の冷たい空気へと向かって流れていくのです。

この流れによって上層気流が生まれます。

そしてこの上昇気流こそが、雲を浮かせている理由となるわけですね。

しかし、雲は浮いていられなくなることがあります。

それこそが『雨』です。

雲がある高さでは、気圧が低いため、水滴は0℃より低くても氷にならないのです。

このように0℃より低くても液体のままの状態を『過冷却』と呼んでいます。

しかし、チリやほこりなどが衝突するなどの刺激が加わると、突然氷に変わってしまいます。

衝撃によってできた氷晶がどんどん成長し、重くなっていきます。

そして上昇気流では支えきれない重さになった時、地表へと降り注ぐというわけです。

この氷晶が地表まで溶けなければ雪だし、溶けてしまえば雨になるというわけですね。

では、雲は水と氷りの粒なのになぜ白くみえるのでしょうか?

白く見えるせいでふわふわだと勘違いしてしまいますよね。

3.雲はどうして白くみえるの?

私たちの認識だと、水滴や氷は雲のような白色をしていません。

では、一体なぜ雲は白いのでしょうか?

その答えに行く前に光について簡単に説明します。

光は波であり、その波長によって色が異なるのです。

つまり、太陽からは様々な色が降り注いでいることになりますよね。

でも太陽からの光は虹色ではありません。

透明ではないでしょうか?

実はこのような光はまとまると白や透明に見えるのです。

このことをふまえて、ここからは雲が白い理由を解説していきます。

太陽の光が雲に降り注いできました。

すると太陽の光は、雲である水や氷の粒に衝突し、散乱してしまうのです。

雲の中では可視光線のどの色の光も、同じように散乱してしまうことになります。

このように均等に散乱することを『ミー散乱』と呼んでいます。

また、雲の中でどの色の光も同じように散乱するということは、どの色の光も均等に私たちの目に届くことになります。

つまり、雲が白色に見えるというわけです。

雲は太陽の光を均等に散乱させるから私たちは白く見えていたわけですね!

待ってください!

雲は雲でも雨雲の様に白くない雲もありますよね。

何で雨雲は灰色をしているのでしょうか?

4.どうして雨雲は灰色なの?

雨を降らす雲は白くはなく、灰色をしていますよね。

いったいなぜなんでしょうか?

それは雨が関係しているのです。

雨雲でも同じようにミー散乱は起きています。

しかし、私たちの目に届く前には障害がありますよね。

そうです雨です!

雨があることで、多重散乱といって光は多く散乱してしまったり、私たちの目に届くまでに光が雨粒に吸収されてしまうのです。

その結果、私たちの目には、普段白い雲を見ている時よりも、はるかに少ない光しか届かなくなってしまうのです。

光が少ないということは暗いということですよね。

なので、雨雲は白よりも暗い灰色に見えるというわけです。

そもそも雨や曇りの日は全体が暗く見えますもんね。

一方で、雨雲は雨雲でも遠くに見える入道雲は真っ白にみえるのではないでしょうか?

でも近づいてくると、灰色に見えます。

それは、横から見るか、下から見るか、の違いです。

そういえば、どっかの映画の題名みたいになっていますね。

入道雲、横から見るか、下から見るか(笑)

冗談はさておき、入道雲を遠くから見る時は光は横から入り、雨粒を通らずに私たちの目に光が届きます。

しかし、入道雲が私たちの上に来てしまうと、光は上からさすので雨粒に光が当たることになります。

その結果、暗い灰色に見えてしまうのです。

雲は白い方が嬉しいですよね!

5.さいごに

雲は上空にできるから雲であって、地上付近にできれば雲とは呼ばれません。

霧と呼ばれます。

結局雲も霧も同じ水と氷の粒の集まりであるわけですね!

雲は掴めないし、現実では乗ることはできません。

しかし、夢では乗ることができるので、夢で存分に楽しみたいですね!

空のことをもっと知りたい方にお勧めの本⇩

【科学選書 Vol. 8】世界でいちばん素敵な雲の教室 感想・レビュー 荒木健太郎