El cel és molt més que un fons blau sobre els nostres caps. Hi tenen lloc multitud de fenòmens que ens regalen un espectacle natural de llum i color, des dels núvols més delicats fins als vibrants arcs iris, els raigs fugaços de les tempestes i sorprenents efectes òptics. Aquests elements no formen només part de la nostra vida quotidiana, sinó que també han estat font d'inspiració, investigació i admiració des de temps immemorials.
Comprendre com es formen aquests acompanyants celestes —núvols, arc de Sant Martí, raigs i altres fenòmens— és endinsar-se al cor de la meteorologia. A través de la ciència podem desvetllar els secrets que hi ha darrere de cada núvol iridiscent, cada centelleig elèctric i cada franja multicolor que recorre el firmament. Si alguna vegada us heu parat a mirar el cel després d'una tempesta o en un dia assolellat i us heu preguntat per l'origen d'aquests espectacles, aquí teniu la resposta.
El paper dels núvols al cel
Els núvols són els protagonistes indiscutibles de la meteorologia visual.Es formen quan el vapor d'aigua condensat a l'atmosfera s'agrupa en diminutes gotes d'aigua o cristalls de gel, suspeses a diferents alçades.
Entre els diferents tipus de núvols, destaquen les núvols alts i primes, com les cirrostrats o cirros, capaços de donar lloc a sorprenents efectes òptics quan la llum solar interactua amb les seves partícules. Tot i que solen passar desapercebudes en el dia a dia, en determinades condicions poden ser les responsables de fenòmens únics i colorits al cel.
L'arc de Sant Martí: un espectacle de llum i color
L'arc de Sant Martí és, sens dubte, un dels fenòmens més captivadors i coneguts. Tot i la seva popularitat, és important recordar que no és un objecte físic, sinó una il·lusió òptica creada per la interacció de la llum solar i les gotes d'aigua suspeses a l'atmosfera.
La llum blanca del Sol està formada per tots els colors de l'espectre visible, i cadascun d'aquests colors viatja en una longitud d'ona diferent. Quan la llum solar travessa l'atmosfera i troba gotes d'aigua després de la pluja, aquesta es refracta (canvia la seva trajectòria), se separa en els diferents colors i, part d'aquesta llum, es reflecteix a l'interior de la gota per sortir-ne finalment amb els colors ja dividits.
Perquè puguem veure un arc de Sant Martí, s'han de complir certes condicions:
- La presència de moltes gotes daigua en suspensió (ja sigui després de la pluja, per boira densa o vora una cascada).
- El Sol s'ha de trobar a l'esquena de l'observador i relativament baix a l'horitzó.
- El cel ubicat davant nostre ha d'estar clar perquè la llum es pugui refractar i reflectir correctament.
Aquest fenomen cromàtic ens recorda que, encara que el sol sembli groc, la seva llum en realitat conté tots els colors, i és l'atmosfera la que s'encarrega de filtrar i jugar amb ells per mostrar allò que els nostres ulls perceben com un arc de Sant Martí.
Núvols iridescents: el ventall pastís del cel
Si mai t'has topat amb núvols que semblen cobrir-se de franges de colors pastís, com si es tractés d'un suau arc de Sant Martí, probablement has presenciat el fenomen de la núvol iridescent. Aquest sorprenent espectacle es produeix en dies assolellats quan, al costat d'un cel més clar, apareixen núvols molt fins i de baixa densitat a les capes altes de l'atmosfera.
Les núvols iridescents mostren una gamma de tons suaus a causa d'un procés òptic anomenat difracció de la llum. Aquest passa quan els raigs solars travessen les minúscules partícules d'aigua o cristalls de gel que conformen el núvol: els cirros.
- Les gotes que componen el núvol han de ser extremadament petites, de l'ordre de micròmetres.
- Aquestes partícules han de tenir una mida molt similar entre si per permetre lefecte de difracció homogeni.
- El núvol ha de ser tènue i poc dens, afavorint així la dispersió de la llum en forma de ventall cromàtic.
Quan la llum del sol interactua amb aquests núvols tan fins, cada color es desvia en una direcció lleugerament diferent en funció de la longitud d'ona. Els colors de longitud d'ona més llarga (com el vermell i el taronja) es desvien menys, mentre que els d'ona curta (blaus i violetes) se separen més, creant patrons ondulats o anells al voltant del núvol, amb matisos roses, verds, ataronjats o blau pastís.
Perquè aquest fenomen passi amb intensitat, les gotes d'aigua més petites solen concentrar-se a les vores dels núvols, especialment quan s'estan evaporant. Quan hi ha gotes de moltes mides, el resultat és una gamma de bandes de colors menys brillants, de manera que la intensitat de l'efecte depèn de la uniformitat i la mida de les partícules.
L'halo solar: cercle de colors al voltant del sol
En ocasions, el sol s'envolta d'un cercle de colors que recorda un gegantí arc de Sant Martí, conegut com halo solar. Aquest fenomen òptic passa quan hi ha una capa de núvols molt alts, anomenats cirrostrats, composta per milers de vidres de gel. Quan els raigs del sol passen a través d'aquests vidres, la llum es descompon en els seus colors constituents, tal com passa amb un prisma de vidre.
La seqüència de colors a l'halo sol començar pels vermells prop de l'astre rei i acabar amb els blaus a la part més externa. Encara que l'aparença pugui recordar un arc de Sant Martí, el mecanisme físic darrere de l'halo solar és diferent: aquí predomina la refracció i reflexió de la llum en vidres de gel, en comptes de gotes d'aigua líquida.
Els halos poden presentar-se en formes diverses —arcs, parhelis o fins i tot dobles halos— i són més freqüents del que pensem, sobretot en dies on el vel de núvols alts és prou prim per deixar passar la llum, però prou present perquè incideixi als vidres de gel suspesos.
Raigs: energia i electricitat a les tempestes
Els raigs, a diferència dels arcs iris o els núvols iridiscents, són fenòmens elèctrics i sí que es poden considerar objectes físics, encara que de vida brevíssima i extremadament potents. Es produeixen quan els núvols de tempesta, carregats elèctricament, generen una diferència de potencial prou gran per superar la resistència de l'aire, creant així una descàrrega elèctrica visible i sonora.
La formació de raigs requereix tres ingredients principals a l'interior dels núvols de tempesta:
- Cristalls de gel
- Gotes d'aigua
- Partícules de pols en suspensió
Quan aquestes partícules s'agiten dins del núvol, poden adquirir càrregues elèctriques oposades. Les càrregues positives tendeixen a pujar a la part alta del núvol, mentre que les negatives s'agrupen a la part baixa. Això fa que la superfície terrestre just a sota del núvol es carregui positivament, incloses copes d'arbres, edificis i fins i tot persones.
El raig és la resposta natural a aquest desequilibri elèctric: una descàrrega que cerca igualar i estabilitzar les diferències de càrrega. Els raigs poden desenvolupar-se entre els núvols i el terra, dins un mateix núvol o entre dos núvols diferents, formant patrons tan espectaculars com a perillosos.
L'aparició de raigs és, doncs, un recordatori de l'enorme poder que tanquen les masses d'aire en moviment a l'atmosfera, i de la gran varietat de fenòmens elèctrics i òptics que poden brollar d'un simple núvol de tempesta.
Quan el llamp i l'arc de Sant Martí es creuen al cel
Combinar en una sola imatge dos dels fenòmens meteorològics més impactants, el arc de Sant Martí i el llamp, és una tasca complicada i poques vegades possible. Tots dos depenen de condicions atmosfèriques molt específiques que no solen coincidir: mentre l'arc de Sant Martí necessita pluja i sol simultanis en parts oposades del cel, el raig sol estar associat a núvols de tempesta denses i, sovint, cobreixen el Sol. No obstant això, de vegades especials, es pot observar una impressionant conjunció visual.
La dificultat de fotografiar aquests fenòmens junts és tan gran que fins i tot els caçadors de tempestes més experimentats poden trigar anys a aconseguir una imatge on les dues meravelles coincideixin al mateix enquadrament. La clau està a la posició (d'esquena al sol), el moment exacte i, per descomptat, una bona dosi de sort!
La màgia de la llum: difracció, refracció i irisació
Els fenòmens òptics que observem al cel tenen la seva explicació a les propietats de la llum, com aquesta interacciona amb les partícules d'aigua i vidres suspeses a l'atmosfera. Els processos més rellevants són:
- refracció: es produeix quan la llum canvia de direcció en passar d'un medi a un altre, com d'aire a aigua. És la base de l'arc de Sant Martí i de l'halo solar.
- Reflexió: part de la llum rebota a la superfície interna d'una gota d'aigua, contribuint a la formació de l'arc de Sant Martí.
- Difracció: procés pel qual la llum es desvia i dispersa en travessar partícules molt petites, donant lloc a fenòmens com la iridiscència en certs núvols.
La irisació, en particular, és visible en núvols alts i tènues, quan la interacció de la llum i les partícules de grandària homogènia crea bandes de colors pastís o arcs distorsionats, diferents però emparentats amb els clàssics arcs iris circulars.
En conclusió, observar els núvols i els seus acompanyants —arcoïris, raigs, halos i altres meravelles— ens permet obrir una finestra als secrets de la física atmosfèrica i la meteorologia. per la bellesa efímera que ens ofereix el cel dia rere dia.