بالمعنى الدقيق للكلمة، السحابة لا تمتلئ بالماء.
بادئ ذي بدء، السحابة ليست إسفنجًا مصنوعًا من بعض المواد الأخرى التي تمتص الماء.
الماء في السحابة هو السحابة.
بشكل أكثر دقة، تتكون السحابة من قطرات ماء سائلة صغيرة جدًا أو بلورات ثلجية معلقة في الهواء.
قطرات الماء وبلورات الجليد التي تشكل السحابة تطفو ليس بسبب تشبعها ببعض المواد التي تشبه الإسفنج والتي تثبتها في مكانها.
بدلاً من ذلك، يسقط الماء وبلورات الجليد التي تشكل سحابة تطفو لأنها صغيرة جدًا بحيث توازن مقاومة الهواء مع الجاذبية.
لنكون أكثر دقة، قطرات الماء وبلورات الجليد التي تشكل السحابة لا تطفو في الواقع بلا حراك في السماء.
بدلاً من ذلك، فهي تسقط باستمرار ببطء شديد تحت تأثير الجاذبية ويتم رفعها أحيانًا لأعلى بواسطة تيار صاعد من الرياح.
هذه الحركة المتساقطة والخطيرة للقطرات / البلورات التي تشكل السحابة بطيئة جدًا، والغيوم كبيرة جدًا وبعيدة، بحيث يصعب على مراقب بشري عادي على الأرض ملاحظة هذه الحركة.
يذكر كتاب "فيزياء السحابة" من تأليف لويس جيه باتان ، "تسقط قطرة قطرها 10 ميكرون بسرعة 1 سم / ثانية [0.02 ميل في الساعة]، بينما تسقط قطرات نصف قطرها 50 ميكرون بسرعة 26 سم / ثانية [0.6 ميل في الساعة]."
عندما يزداد حجم قطرات الماء السائل أو الجليد التي تشكل سحابة من خلال الاصطدامات والاندماج، فإنها يمكن أن تصبح كبيرة لدرجة أن مقاومة الهواء لم تعد قادرة على مواجهة الجاذبية (عندما تكون r> 0.1 مم). هذه القطرات تسقط مثل المطر.
ثانيًا، السحب ليست مليئة بالمياه.
معظمها مليء بالهواء.
عندما نقول إن دلوًا مملوءًا بالماء، فإننا نعني أن كل مساحة متوفرة في الدلو تحتوي على الماء.
في السحابة، كل مساحة متاحة بالتأكيد لا تحتوي على الماء.
يسقط الماء المكون للسحابة على شكل مطر قبل وقت طويل من اندماجه بما يكفي لملء حجم السحابة بالكامل.
من المثير للدهشة أن واحدًا من المليار فقط من حجم السحابة يتكون من الماء.
الباقي هو الهواء.
هذا يعني أنه مقابل كل نانومتر مكعب واحد من السحابة التي تحتوي على الماء، هناك حوالي مليار نانومتر مكعب في السحابة تحتوي على الهواء فقط.
يقول كتاب "اللون والضوء في الطبيعة" من تأليف ديفيد ك.
قد تحتوي الركام على 1000 قطرة لكل سنتيمتر مكعب، لكن هذه القطرات دقيقة ومتباعدة نسبيًا.
يشكل الماء أقل من واحد من المليار (10-9) من الحجم الظاهري للسحابة ويساهم فقط بحوالي واحد من المليون من الجرام لكل سنتيمتر مكعب في كثافتها.
الغيوم ليست مليئة بالمياه بالتأكيد.
معظمها مليء بالهواء.
كيف يمكن أن تكون الغيوم لافتة للنظر عندما تكون في الغالب عبارة عن هواء غير مرئي؟
المفتاح هو أن الضوء ينعكس على سطح الأشياء.
كلما زادت مساحة السطح، زاد انعكاس الضوء.
وهو نفس السبب في أن الجليد الصلب النقي يكون نقيًا في الغالب، لكن الثلج (وهو مجرد جليد بأشكال معقدة صغيرة) يكون أبيض ناصعًا.
في حين أن السحابة لا تحتوي على الكثير من الماء من حيث الحجم الكلي، فإن الماء الذي تحتويه ينقسم بين تريليونات من القطرات الصغيرة، مما يؤدي إلى العديد من الأسطح العاكسة.
على سبيل المثال، افترض من أجل البساطة أن السحابة تتكون من قطرات الماء التي لها نفس الحجم مع نصف القطر r ويتم توزيعها بشكل موحد.
لنفترض أن الحجم الإجمالي للسحابة ثابت في Vcloud وأن الحجم الإجمالي للمياه في هذه السحابة ثابت عند Vw.
نظرًا لأن حجم قطرة ماء كروية واحدة هو 4/3 r3، فإن عدد القطرات n في السحابة مضروبًا في حجم القطرة هذا يعطينا إجمالي حجم الماء في السحابة: Vw = n 4/3 π r3.
وبالمثل، فإن مساحة سطح كرة واحدة هي 4 r2 ، وبالتالي فإن إجمالي مساحة سطح القطيرة في السحابة بأكملها هو Atotal = n 4 π r2. حل معادلة الحجم لـ n واستبدال النتيجة في معادلة المنطقة ، نجد: Atotal = 3Vw / r.
نظرًا لأن إجمالي حجم الماء ثابت، تخبرنا هذه المعادلة أنه كلما انخفض نصف قطر كل قطرة، ترتفع مساحة سطح القطرة الإجمالية، كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.
بالنسبة لأحجام قطرات السحب الصغيرة، يقفز إجمالي مساحة سطح قطرات السحب إلى قيم عالية جدًا.
نظرًا لأن كمية الضوء التي ينعكسها كائن ما تعتمد بشدة على مساحة سطحه، فإن مساحة سطح قطرة السحب الإجمالية الكبيرة تسمح للسحابة بأن تكون ساطعة على الرغم من كونها هواء في الغالب.
لاحظ أنه مع تقلص حجم القطرة الفردية، تصبح مساحة سطحها الفردية بالطبع أصغر.
ولكن بالنسبة للحجم الإجمالي الثابت للمياه في السحابة، فإن القطرات الأصغر تعني المزيد من القطرات، مما يعني مساحة سطح أكبر.