Les nuages arc-en-ciel sont un phénomène optique relativement rare. On peut le voir en toutes saisons, mais surtout souvent en automne. Ces nuages peuvent être colorés dans toutes les couleurs du spectre.
Ils sont constitués de petites gouttelettes d'eau de presque la même taille.
Ainsi, lorsque le soleil occupe une certaine position dans le ciel, et en même temps est caché derrière des nuages suffisamment denses, tout nuage (transparent) situé à proximité peut être coloré avec des couleurs spectrales. Ce phénomène s'explique par le fait que les faisceaux lumineux de différentes longueurs d'onde sont déviés de différentes manières, ce qui signifie que la lumière de ces ondes arrive à l'observateur de différentes directions.
Le nuage peut devenir complètement coloré en arc-en-ciel ou seulement sur les bords, peut avoir des couleurs ternes ou très vives. Dans ce dernier cas, les gouttelettes de nuage doivent être de la même taille. Ce n'est qu'alors qu'il aura des couleurs riches.
Ce phénomène est mieux observé sur Altocumulus (en particulier Altocumulus lenticulaire) et Cirrocumulus.
Et maintenant plus en détail
La période de la fin du XIXe au début du XXe siècle a donné à l'humanité toute une galaxie de grands scientifiques dans le domaine de la physique nucléaire, de la génétique, de la recherche des régions polaires. Par exemple, le but de l'expédition de Robert Scott sur la Terra Nova en Antarctique en 1910–1912 n'était pas seulement une course sportive vers le pôle Sud, mais aussi des études géophysiques complètes du continent le plus au sud de la Terre. Ainsi, George Simpson, météorologue d'état-major de l'expédition, basé sur les résultats d'observations d'effets optiques dans les nuages, publia en 1912 le premier article consacré à un phénomène tel que l'irisation dans les nuages (du grec Iris, Iρις - arc-en-ciel), également appelé «nuages arc-en-ciel».
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Les nuages arc-en-ciel sont un phénomène optique assez rare dans lequel des nuages très minces près du Soleil sont colorés en couleurs spectrales. Habituellement, ces couleurs sont pastel, pâles, mais dans certaines conditions, elles peuvent être très lumineuses. Simpson a souligné à juste titre que l'irisation est le type de couronnes le plus courant - un phénomène optique associé à la diffraction de la lumière par des gouttes d'eau surfondue dans les nuages et à la formation de cercles colorés dans un voile nuageux autour du Soleil.
Au fond, les nuages arc-en-ciel font partie d'une couronne défaillante. Et si les couronnes à part entière dans l'atmosphère sont extrêmement rares, alors presque tout le monde peut voir des nuages arc-en-ciel, l'essentiel est d'être prudent! Il est préférable d'observer les nuages arc-en-ciel dans des lunettes noires, pour ne pas devenir aveugle, car ils n'apparaissent que près du soleil, à une distance d'environ 3-15 °, dans certains cas jusqu'à 30 °. Mais si l'étoile est cachée derrière quelque chose (derrière un autre nuage, derrière une montagne, etc.), alors l'irisation peut être vue à l'œil nu.
Il y a généralement une irisation sur les bords des cirrus, des cirrocumulus et des altocumulus. La source de lumière, d'ailleurs, peut être non seulement le Soleil, mais aussi la Lune. L'iris peut être vu sur les traînées de condensation d'avion, et également au sommet des cumulonimbus (sur le soi-disant voile ou enclume). Certes, de tels nuages arc-en-ciel ne sont pas de bon augure, au contraire, ils parlent d'une détérioration imminente de la météo! Et le plus souvent, l'irisation se produit dans les nuages lenticulaires (lenticulaires) altocumulus caractéristiques des zones montagneuses. L'air des montagnes est plus propre, pratiquement exempt d'impuretés; par conséquent, il est beaucoup plus difficile pour les gouttelettes d'eau de se transformer en cristaux. Le fait est que l'eau surfondue est préférable aux cristaux de glace pour l'apparition de l'irisation.
La lumière du soleil frappant une gouttelette nuageuse ou un cristal de glace dévie de la propagation en ligne droite. Dans ce cas, l'amplitude de la déviation de la lumière dépend de la longueur d'onde, par conséquent la diffraction de la lumière du soleil conduit toujours à sa décomposition en spectre. Des cercles colorés se forment autour de chaque goutte en raison de cette seule diffusion. Leur luminosité est très faible et n'est visible que par superposition. La taille des cercles de couleur dépend non seulement de la longueur d'onde, mais également de la taille de l'obstacle (en passant, par la distance angulaire des cercles de la même couleur dans les couronnes du Soleil, vous pouvez calculer assez précisément le rayon des particules de nuages).
Dans un nuage avec une grande dispersion de particules en taille, les cercles de couleur se chevaucheront et l'irisation disparaîtra. Dans les nuages optiquement denses, l'effet associé à la diffusion multiple augmente, ce qui est également «fatal» pour l'effet d'irisation. Ainsi, des nuages optiquement minces (ou des parties de nuages) avec une distribution monodisperse de particules de nuages en taille et en forme sont idéaux pour l'irisation. Plus l'uniformité des particules de nuage est élevée, plus les couleurs du nuage arc-en-ciel sont lumineuses. Et il est plus élevé en gouttes d'eau. Et ils ont beaucoup plus de succès en taille que leurs homologues de glace.
Pour la formation de nuages arc-en-ciel, la taille des particules des nuages doit être de 5 à 50 fois la longueur d'onde de la lumière, c'est-à-dire de 3,5 à 35 µm pour le rouge et de 2 à 20 µm pour le bleu. Les observations montrent que les nuages arc-en-ciel les plus brillants sont observés dans des nuages d'une taille de particule d'environ 10 microns ou moins. Et selon les dernières données d'observation par satellite [8], la taille la plus courante des cristaux de glace dans les nuages est d'environ 30–40 µm, bien que des cristaux de glace de tailles plus petites et plus grandes (de 2–3 à 60–65 µm) soient trouvés. La plage de variabilité des gouttelettes d'eau dans les nuages est plus étroite: de dixièmes à 30–40 µm, les tailles de gouttelettes les plus courantes se situant entre 2 et 3 µm et 10-15 µm. Ce sont ces gouttes surfondues qui sont idéales pour la formation de nuages arc-en-ciel! Au fait, un autre fait intéressant:c'est George Simpson, dans son article de 1912, basé sur des observations de nuages arc-en-ciel, qui a confirmé pour la première fois (quoique indirectement) que l'eau dans les nuages est dans un état de surfusion. Les observations modernes montrent que jusqu'à une température d'environ -15 ° C, les nuages sont presque entièrement composés de gouttelettes d'eau, à une température de -40 ° C - à la fois des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace, et seulement à une température plus basse est l'eau en phase liquide dans les nuages ne se produisent presque jamais. Dans les travaux de la première moitié du 20e siècle, il a été indiqué que les nuages arc-en-ciel ne peuvent se former que sur des gouttes d'eau surfondue, mais au cours des dernières décennies, il a été découvert que les cristaux de glace peuvent également conduire à la formation de nuages arc-en-ciel. Les observations modernes montrent que jusqu'à une température d'environ -15 ° C, les nuages sont presque entièrement composés de gouttelettes d'eau, à une température de -40 ° C - à la fois des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace, et seulement à une température plus basse est l'eau en phase liquide dans les nuages ne se produisent presque jamais. Dans les travaux de la première moitié du 20e siècle, il a été indiqué que les nuages arc-en-ciel ne peuvent se former que sur des gouttes d'eau surfondue, mais au cours des dernières décennies, il a été découvert que les cristaux de glace peuvent également conduire à la formation de nuages arc-en-ciel. Les observations modernes montrent que jusqu'à une température d'environ -15 ° C, les nuages sont presque entièrement composés de gouttelettes d'eau, jusqu'à une température de -40 ° C - à la fois des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace, et seulement à une température plus basse est l'eau en phase liquide dans les nuages ne se produisent presque jamais. Dans les travaux de la première moitié du 20e siècle, il a été indiqué que les nuages arc-en-ciel ne peuvent se former que sur des gouttes d'eau surfondue, mais au cours des dernières décennies, il a été découvert que les cristaux de glace peuvent également conduire à la formation de nuages arc-en-ciel.que les nuages arc-en-ciel ne peuvent se former que sur des gouttelettes d'eau surfondue, mais au cours des dernières décennies, il a été découvert que les cristaux de glace peuvent également conduire à la formation de nuages arc-en-ciel.que les nuages arc-en-ciel ne peuvent se former que sur des gouttelettes d'eau surfondue, mais au cours des dernières décennies, il a été découvert que les cristaux de glace peuvent également conduire à la formation de nuages arc-en-ciel.
Le phénomène d'irisation des nuages de cirrus anormalement hauts et froids, constitués de cristaux de glace avec une distribution granulométrique presque monodispersée, est activement étudié.
Ces nuages sont situés près de la tropopause (une couche étroite de l'atmosphère séparant la troposphère et la stratosphère), leur température est d'environ –70… –75 ° C, et la taille des particules de glace n'est que de 2 à 5 microns. Dans l'un des derniers travaux, des scientifiques américains ont émis l'hypothèse que ces cristaux de glace se sont formés à la suite de la chute de particules d'acide sulfurique de la stratosphère, qui servent en quelque sorte de noyaux de condensation pour la vapeur d'eau.
Le soufre pénètre dans la stratosphère lors de grandes éruptions volcaniques, les volcans tropicaux sont particulièrement «bons» pour cela. Ils peuvent jeter du soufre dans la stratosphère à une altitude de 20 à 30 km, ici le soufre se propage rapidement à travers la planète (grâce à la circulation Brewer-Dobson, qui transporte l'air dans la stratosphère des tropiques aux latitudes polaires) et commence à se déposer lentement dans la basse atmosphère. Le processus d'affaissement peut durer jusqu'à 2-3 ans.
Les aérosols de sulfate dans la stratosphère provoquent divers effets optiques, allant des couchers et levers de soleil colorés aux soi-disant anneaux de Bishop - un type de halo avec un centre bleu-blanc brillant et une marge rouge-brun foncé. La dernière éruption puissante fut l'explosion du mont Pinatubo en 1991, l'année suivante fut marquée par une véritable émeute de phénomènes lumineux dans l'atmosphère.
Ainsi, en Hollande, les anneaux de Bishop étaient enregistrés presque tous les jours, les prévisionnistes ne les voyaient pas seulement les jours avec des nuages bas continus. Il est possible que les nuages arc-en-ciel aient été observés plus souvent, mais il n'y a pas d'information directe à ce sujet: à ce jour, il n'y a pas d'évaluation systématique de la climatologie (répartition spatiale, variation annuelle, changements interannuels, etc.) de ce phénomène. Donc, pour confirmer l'influence des volcans sur la formation des nuages arc-en-ciel, il semble qu'il faudra attendre la prochaine éruption puissante. En attendant, vous pouvez simplement profiter des photos que les chercheurs chanceux de phénomènes naturels inhabituels partagent avec nous.