云知道答案吗?
2015-04-29
说起云,它太常见啦!晴天的时候,白云朵朵;阴天的时候,乌云沉沉,我们看不见太阳;多云天——那就是很多云了。云在气象方面是很重要的。
今天,我们来“脑洞”大开——你是否曾担心云会掉下来,而且还听说过整块儿云“失足跌落”的事?你是否还曾幻想过看见驾着七彩祥云的仙人?但你想过这云来自哪里吗……云在大自然中是个神奇又美妙的存在。当我们观察它时,它有时瞬息万变;当我们探究它时,它又扑朔迷离……
必须承认,不仅是古人,即使是身处现代社会的我们,在见到浓密乌黑的云块低垂时,也会担心它整个儿从天上掉下来。事实上,有一些云真的能整块儿“失足跌落”,在天空中形成一个大洞。
自20世纪40年代以来,人们发现在天空云层中会出现一些神秘裂口,像是云层中某块云没有抓牢周围的小伙伴而突然坠落一般,塌陷成圆形或卵圆形、直径在百米以上的大洞,这让包括科学家在内的人们都十分困惑。
人们对云中塌出的大洞产生的恐惧,不是来自这个塌陷会“砸伤”多少人,而是来自人类自身对这一神秘现象产生的诸多离奇的想象——常常会把它和外星人入侵联系在一起!
我们知道,云是由一些很小的包括小水滴或小冰晶的云滴聚集而成。这些云滴足够小,典型的云滴其直径仅仅为0.01毫米。云滴们体态轻盈,足以被上升的气流托在空中。要想让某片区域的云朵突然掉下来或消失,除非是突然撤去这片云下方的气流,或给这个区域突然大幅加热或冷却,让它们全部气化消失或凝结成雨滴或冰晶坠落。很显然,我们不方便这样做时——那剩下的只有某种神秘的外来力量来促成这事了。
除了幻想是外星人飞船干的之外,人类也进行了积极有益的探索。美国国家大气研究中心的安德鲁·西姆斯菲尔德经研究后指出,的确是另一股力量在起作用——能在这云层中穿洞的,正是我们所常见的飞机!
西姆斯菲尔德认为,飞机穿过这些云层时,云层中的过冷水滴(温度低于冰点,但仍没有结冰的水滴)在经过机翼后迅速凝结,并引发云层内一系列的连锁反应。过冷水滴最终形成冰晶,汇聚成雪,从而造成云层的局部“塌陷”,裂成一个大缺口。这种云洞也叫穿洞云或雨幡洞云,通常会出现在中、高层次的云层中,有时会拖着长长的冰晶尾巴。人们大可不必担心被这种塌陷“砸伤”,因为这种被称为“雨幡”的冰晶,想落到地面也没那么容易,在它们到达地面之前大部分都被蒸发掉了。
摇摇欲坠的云
“宠辱不惊,闲看庭前花开花落。去留无意,漫随天外云卷云舒。”
——【明】洪应明
给人以压迫感的,除了压城的黑云外,还有摇摇欲坠的乳状云。它奇特的外观——像悬在头顶的一颗颗炸弹似的——带给人的压迫感更强烈。乳状云的外观形状是由于冷空气凝结下沉而形成的,这些在云层底部向下凸出的膨胀云或“涟漪”一个接一个,有时会延展几十平方千米。
一些气象专家声称这种云通常出现在暴雨过后,但其中蕴藏的神秘的蓄势待“落”的力量,着实让人不安。幸好,它们会在暴雨过去后很长一段时间内表现出很平静的样子。
同样让人十分纠结的还有一种叫卷轴云的水平管状云。这是一种罕见的云,同乳状云不同。卷轴云形成于暴风雨来临之前,并且是从风暴云中完全脱离出来的一种云,长度往往可以达到数千米。更为奇特的是,这种云在滚动时的速度和形状很少发生改变——完全可以把它当作一个衰减得很慢的“孤波”来看待。尽管有些专家称卷轴云不会发展成龙卷风,但有如此一个“大棒子”横亘在头顶,再想“闲看庭前花开花落,漫随天外云卷云舒”恐怕不太可能了!
说到摇摇欲坠,山地帽子云可以说是近似“已坠”,因为它起源于山地,滞留在山巅,从未走远——稳定的气流沿山体上升、越过高山时,云层出现冷却过程,最后形成类似帽子的奇特形状。
粗心漏下的光
“花气欲浮金凿落,云光疑下锦流苏。”
——【元】袁桷
不知是阳光的追求,还是云层的不挽留。有时,一些阳光会从云隙中“漏”下来,在空中形成一道道被称作云隙光的光路,是太阳、云层和空气中的微粒不经意间打造的一个清晰可见的光路。正如古人诗中所形象描绘的一般——像是在倾泻流苏。大多时候,人们还赋予了这些光路一个神圣的含义,尤其是在一些影视作品中,经常使用洒落地面的云光作为神圣、崇高、救赎的象征。为了解释这个事实上普通得不能再普通的光路,还是把丁达尔现象搬来用用吧!
当一束光线透过胶体(常用的胶体如豆浆、墨水、鸡蛋清、果冻),从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”,这种现象就叫丁达尔现象,也称丁达尔效应。事实上,只要有云或雾遮挡住太阳,再加上适当的水汽和灰尘条件,此时的空气也成了胶体(气溶胶),即把适当的水汽或尘埃分散在空气中,就能产生丁达尔现象。清晨,我们有时能看到林中、树丛中(或烟雾、雨雾中等)透出道道光柱,正是这一现象最好的诠释。
给白云加点七色颜料
“大都好物不坚牢,彩云易散琉璃脆。”
——【唐】白居易
长期以来,被人们视作祥瑞之兆的七彩云容易消散,古人也深有体会。的确如此,只有太阳和白云搭配得恰到好处时,七彩云才得现身,云层稍有异动,七彩云则会消失。比如,要求天气晴朗,云要轻薄,不能太厚,并且云层中的云滴大小必须十分均匀。另外,作为观测者,你和太阳之间的连线同你和云层之间连线的夹角不要超过40度,也不能小于10度,在这个区域内的云层,才有可能形成被你看到的七彩云。
想给白云加点起色颜料,让它变得多姿多彩,需要满足的条件之多难以想象——苛刻到光在这里都明显不走直线。我们知道,光是一种波,它在传播路径中,遇到小孔或障碍物的尺寸比光波的波长小,或跟波长差不多时,会发生不同程度的弯曲,即产生明显的衍射现象。七彩云就是光衍射的结果:阳光通过薄云中的微小云滴时,水滴使得通过的光产生不同方向的衍射;由于阳光中不同色光的衍射角度不同,因此会在云层中依次形成一定次序的色彩,而由于云朵为不规则片状分布,所以最终有了不规则片状的艳丽七彩云。
七彩云有了,仙人在哪里?
小贴士
出现在北极地区的臭氧层空洞
在极地地区看到的七彩云是珠母云,它的出现意味着臭氧消耗加剧。因为珠母云为人类排放的氯化合物的光化学反应提供了必要条件,而这光化学反应每天会破坏大约1%的臭氧。珠母云的出现增多可能是全球气候变暖加剧的征兆。