Из чего состоят облака и благодаря чему мы их видим?

Коротко: облака состоят из крошечных капель воды и/или кристалликов льда, которые образуются, когда влажный воздух охлаждается до точки насыщения. Видим мы их потому, что эти крошечные частицы эффективно рассеивают солнечный свет.

Чуть подробнее:

1. Из чего они сделаны

• В тёплых слоях — в основном микроскопические капли воды (диаметры порядка десятков микрон).

• В более холодных — ледяные кристаллики; нередко облако смешанное: и переохлаждённые водяные капли (жидкие при температуре ниже 0 °C), и лёд.

• Частицы образуются вокруг «ядрышек конденсации» — пылинок, частиц морской соли, сажи и т.п.: на них легче конденсироваться водяному пару.

2. Как они появляются

• Влажный воздух поднимается (из-за нагрева у земной поверхности, подъёма по склону, в фронтах и т.д.), расширяется и охлаждается.

• Когда температура опускается до точки росы и относительная влажность достигает ~100 %, водяной пар конденсируется (или сублимирует в лёд) на ядрышках — и возникает облако.

• При конденсации выделяется скрытая теплота, поэтому рост и «жизнь» облаков зависят от баланса подъёма, охлаждения и этого дополнительного нагрева.

3. Почему мы их видим

• Каждая отдельная капля почти прозрачна, но в облаке их огромное количество. Свет рассеивается на каплях/кристалликах во все стороны (преимущественно т.н. ми-рассеяние, когда размеры частиц соизмеримы с длиной волны света). Многократное рассеяние делает облако ярким.

• Белый цвет тонких облаков — потому что капли рассеивают почти все видимые длины волн примерно одинаково.

• Серый/тёмный вид снизу у толстых облаков — из-за поглощения и многократного рассеяния: до нижней кромки доходит меньше света.

• Окраска на рассвете/закате (розовая, оранжевая, красная) — это уже не «цвет облака», а цвет падающего света: при низком Солнце атмосфера сильнее рассеивает и «отфильтровывает» синий, оставляя тёплые тона, которыми и освещаются облака.

По сути, облако — это «взвесь» воды/льда в воздухе. Тот же принцип у тумана, только он образуется прямо у поверхности.