Atmosfera i chmury dla ciekawych

Dlaczego niebo jest niebieskie, zachód czerwony, a chmura ma płaskie dno — i skąd wiadomo, że to wszystko jest jednym mechanizmem, oglądanym pod różnymi warunkami.

To samo niebo, jeden suwak

Nikt nie wpisał tu, że przy niskim Słońcu niebo ma być pomarańczowe. Kolor jest liczony z tego, jak światło zachowuje się w powietrzu — i wychodzi sam. O tym jest ta książka.

przeciągnij, żeby się rozejrzeć

Ten widget potrzebuje WebGL Książka działa bez niego w całości — poniżej jest spis treści, a każdy rozdział broni się słowami i rysunkiem.

Wysokość Słońca Zamęt powietrza

Dla kogo to jest

Dla kogoś, kto patrzy w niebo i chciałby wiedzieć, na co patrzy — bez zakładania czegokolwiek o pamięci ze szkolnej fizyki.
W tekście głównym nie ma ani jednego wzoru. Da się przeczytać wszystkie 24 rozdziały i nie spotkać równania. Matematyka jest w dodatkach i w rozwijanych oknach, dla tych, którzy jej zechcą.
Każdy rozdział kończy się czymś, co da się sprawdzić samemu, wychodząc z domu. To nie jest książka do czytania w fotelu.

Skąd zacząć

Trzy sposoby czytania

Od początku, po kolei. Kolejność nie jest przypadkowa — nic nie pojawia się, zanim jest czym to wytłumaczyć. Atlas chmur jest dopiero czwartą częścią, bo „dlaczego Cumulus ma płaskie dno” wymaga punktu rosy, a punkt rosy wymaga wiedzy, że powietrze stygnie przy rozprężaniu.

Od pytania, które nas przywiodło. Każdy rozdział jest napisany tak, żeby działał osobno; jeśli potrzebuje czegoś wcześniejszego, mówi o tym wprost i linkuje.

Z telefonu, na dworze. Trzy strony terenowe na dole tej listy są zrobione do otwierania pod gołym niebem, nie do czytania.

Część I · Scena: powietrze i światło

Trzy rozdziały fundamentu. Bez nich reszta książki jest zbiorem ciekawostek — z nimi wszystko, co dalej, staje się nieuchronne.

Rozdział 01 · Scena Ocean, na którego dnie mieszkamy Mieszkamy na dnie oceanu, który naciska na nasze ramiona ciężarem małego samochodu — i nigdy tego nie poczuliśmy. Rozdział 02 · Scena Gdzie kończy się niebo Atmosfera nie ma sufitu, ma za to wyraźne piętra — i wyznacza je temperatura, nie wysokość. Rozdział 03 · Scena Rozpraszanie: dlaczego rozmiar ma znaczenie Niebieskie niebo i biała chmura to dokładnie ta sama fizyka. Różnica tkwi głównie w tym, jak duże jest to, na czym światło się potyka — a czasem w tym, z czego jest zrobione. Rozdział 04 · Scena Nasze oko nie jest aparatem Zanim zaczniemy oceniać kolor nieba, warto wiedzieć, że przyrząd pomiarowy, którym dysponujemy, notorycznie zmyśla — i robi to na naszą korzyść.

Część II · Kolory nieba: od błękitu do granatu

Największa wizualna nagroda możliwie wcześnie. Te rozdziały potrzebują tylko Części I — nie ma tu jeszcze ani jednej chmury.

Rozdział 05 · Kolory nieba Dlaczego niebo jest niebieskie Nie od morza, nie od pary wodnej i nie dlatego, że powietrze jest niebieskie. A najciekawsze pytanie brzmi: skoro fiolet rozprasza się mocniej, czemu niebo nie jest fioletowe? Rozdział 06 · Kolory nieba Dlaczego zachody są czerwone Zachód nie jest czerwony dlatego, że coś się do światła dodaje — tylko dlatego, że po drodze ubywa z niego wszystkiego innego. Rozdział 07 · Kolory nieba Zmierzch: najlepsza godzina dnia Różowa wstęga nad wschodnim horyzontem to nie cień Ziemi. Cień jest tym szarym pasem pod nią — i właśnie patrzymy, jak rośnie. Rozdział 08 · Kolory nieba Kiedy powietrze zakrzywia światło Słońce, które właśnie zachodzi, tak naprawdę zaszło kilka minut temu. To, co widzimy, to jego obraz podniesiony przez powietrze.

Część III · Woda: silnik chmur

Termodynamiczny silnik całej reszty: nasycenie, punkt rosy, chłodzenie przez rozprężanie, chwiejność. To jest warunek wstępny atlasu — bez tego atlas byłby listą nazw do zapamiętania.

Rozdział 09 · Woda Woda, której nie widać Para wodna jest całkowicie przezroczysta dla światła widzialnego. Więc wszystko, co widzimy nad czajnikiem, nad rzeką i nad chłodnią kominową, parą wodną już nie jest. Rozdział 10 · Woda Dlaczego powietrze stygnie, kiedy idzie w górę Znamy to z pompki do roweru i z puszki dezodorantu — i dokładnie na tym stoi każda chmura na niebie. Rozdział 11 · Woda Stabilne, chwiejne, wybuchowe To, czy dzień skończy się płaską szarością, czy burzą, rozstrzyga się rano — w kilku liczbach, których nie widać, ale których skutki widać przez cały dzień. Rozdział 12 · Woda Narodziny chmury Chmura nie jest obiektem, który gdzieś leci. Jest procesem, który stoi w miejscu, podczas gdy powietrze przez niego przepływa.

Część IV · Atlas nieba: rozpoznaj w pięć sekund

Dopiero tutaj nazwy — i każda jest konsekwencją czegoś z Części III, a nie hasłem z tabeli.

Rozdział 13 · Atlas Dziesięć rodzajów, trzy piętra Nazw chmur nie trzeba uczyć się na pamięć. Wystarczy odpowiedzieć na dwa pytania, a nazwa układa się sama. Rozdział 14 · Atlas Piętro wysokie: lód nad głową Wszystko, co widzimy powyżej sześciu kilometrów, jest zrobione z lodu — i dlatego wygląda jak pociągnięcia pędzla, a nie jak wata. Rozdział 15 · Atlas Piętro średnie: szarość, która coś zapowiada Kiedy Słońce zaczyna wyglądać jak przez matową szybę, mamy kilka godzin, żeby zdążyć przed deszczem. Rozdział 16 · Atlas Piętro niskie: nasze codzienne niebo Trzy odcienie szarości, które w Polsce zajmują pół roku — i trzy zupełnie różne prognozy. Rozdział 17 · Atlas Od bawełnianej kulki do kowadła Ta sama chmura, która o dziesiątej wygląda jak kłębek waty, o siedemnastej może mieć dwanaście kilometrów wysokości i własną energetykę. Rozdział 18 · Atlas Chmury, które wyglądają jak błąd Asperitas nie jest nową chmurą, tylko chmurą, która przez sto lat nie miała nazwy — a wygląda, jakby ktoś odwrócił morze do góry nogami.

Część V · Optyka nieba: tęcze, halo, glorie

Świadomie po atlasie: elementem optycznym jest kropla albo kryształ lodu, więc zdanie „chmura jest soczewką” ma sens dopiero teraz.

Rozdział 19 · Optyka Tęcza: kropla jako pryzmat Tęcza nie jest w żadnym miejscu. Jest kierunkiem — i każdy stojący obok nas widzi własną, zbudowaną z innych kropel. Rozdział 20 · Optyka Halo: kiedy niebo rysuje lodem Koło wokół Słońca ma zawsze ten sam rozmiar — nieważne, jak wysoko są kryształy i jak duże. To samo w sobie mówi nam, z czego jest zrobione. Rozdział 21 · Optyka Wieńce, glorie i opalizacja Kolorowe pierścienie tuż wokół Księżyca pozwalają zmierzyć rozmiar kropel w chmurze, do której nigdy nie dolecimy.

Część VI · Pogoda: co niebo mówi o jutrze

Montaż wszystkiego. Rozpoznawanie chmur zamienia się w prognozowanie, a prognozowanie — pod koniec — w bezpieczeństwo.

Rozdział 22 · Pogoda Front nadchodzi Front atmosferyczny nie jest ścianą. Jest bardzo płaską pochylnią, po której ciepłe powietrze wjeżdża na zimne — i dlatego zapowiada się chmurami na dobę wcześniej. Rozdział 23 · Pogoda Burza od środka Wiatr, który uderza, zanim spadnie pierwsza kropla, to zimne powietrze wylewające się z chmury jak woda z przewróconego wiadra. Rozdział 24 · Pogoda Superkomórka, i niebo, na które już nie da się patrzeć tak samo Jedna rzecz odróżnia zwykłą burzę od takiej, która niszczy powiat: to, czy prąd wstępujący zaczął się obracać. Na koniec — co z tym wszystkim zrobić.

W terenie · do otwarcia na telefonie

Trzy narzędzia, nie rozdziały. Bez długiego tekstu, za to z odpowiedzią w kilka dotknięć.

W terenie Klucz do rozpoznawania chmur Drzewo decyzyjne na telefon: wysoko czy nisko, kłaczki czy warstwa, widać przez nią Słońce — i wychodzi nazwa. W terenie Kalendarz nieba Co i kiedy da się zobaczyć w Polsce, miesiąc po miesiącu. Od chmur srebrzystych w czerwcu po słupy świetlne w styczniu. W terenie Ściąga: co ta chmura zapowiada Widzisz X, za Y godzin będzie Z. Z uczciwie podaną skutecznością każdej reguły.

Dodatki A–Z · dla tych, którym mało

Tu mieszka matematyka, której nie ma w rozdziałach, i szczegóły, które rozdział by rozsadziły. Każdy dodatek mówi w nagłówku, który rozdział przedłuża. Żadnego nie trzeba czytać, żeby zrozumieć książkę.

Dodatek A · rozszerza R.1 Jednostki, skale i rzędy wielkości Hektopaskale, kilometry, masa atmosfery, gęstość z wysokością — z rachunkami, żeby liczby z Rozdziału 1 dało się sprawdzić. Dodatek B · rozszerza R.10, R.11, R.23 · [WZORY] Adiabaty, emagram i CAPE Gradient suchoadiabatyczny i wilgotnoadiabatyczny, czytanie emagramu, LCL, CAPE i CIN — instrukcja obsługi dla samouka. Dodatek C · rozszerza R.3, R.5, R.2, R.7, R.14 · [WZORY] Rozpraszanie w liczbach: skąd bierze się czwarta potęga Przekrój czynny, zależność 1/λ⁴, przejście od reżimu Rayleigha do Mie, dlaczego granica wypada akurat tam, gdzie wypada — i co do rozpraszania dokłada budowa atomowa: lód, woda, pył i sadza tej samej wielkości. Dodatek D · rozszerza R.5, R.4 Dlaczego niebo nie jest fioletowe: widmo razy czułość oka Trzy przyczyny rozpisane osobno i pokazane jako jeden iloczyn — z wykresem, na którym widać, gdzie znika fiolet. Dodatek E · rozszerza R.5 Polaryzacja nieba i jak ją zobaczyć bez sprzętu Skąd bierze się pas 90°, punkty neutralne, filtr w okularach i nawigacja owadów. Dodatek F · rozszerza R.7, R.3 Geometria zmierzchu, cień Ziemi i ozon Kąty trzech zmierzchów, stożek cienia, wysokość Pasa Wenus, pasmo Chappuis i tabela dla polskich miast. Dodatek G · rozszerza R.8 · [WZORY] Refrakcja w liczbach i zielony błysk Refrakcja przy horyzoncie, spłaszczenie tarczy, warunki zielonego błysku i dlaczego prawie zawsze potrzebuje mirażu. Dodatek H · rozszerza R.8 Miraże: dolny, górny i Fatamorgana Gradient współczynnika załamania, warstwa prowadząca, trzy rodzaje mirażu i gdzie ich szukać w Polsce. Dodatek I · rozszerza R.9 · [WZORY] Wilgotność w liczbach Wilgotność względna i bezwzględna, punkt rosy, wzór Magnusa i dlaczego metafora gąbki jest formalnie błędna. Dodatek J · rozszerza R.12, R.9 Jądra kondensacji: sól, pył i powietrze, które nie chce chmur Przesycenie potrzebne bez jąder, rola soli morskiej i sadzy, i co to znaczy dla chmur nad miastem. Dodatek K · rozszerza R.12, R.16 Jak powstaje deszcz: koalescencja i proces Bergerona Wzrost kropli przez zderzenia, proces lodowy, prędkości opadania i prawdziwy kształt kropli deszczu. Dodatek L · rozszerza R.12 · [WZORY] Prędkość opadania i prawo Stokesa Dlaczego kropelka chmurowa opada centymetr na sekundę, a kropla deszczu osiem metrów — z rachunkiem. Dodatek M · rozszerza R.13, R.14, R.15, R.16, R.17, R.18 Pełna klasyfikacja WMO: rodzaje, gatunki, odmiany, cechy Cała łacina w jednej tabeli: dziesięć rodzajów, gatunki, odmiany, cechy dodatkowe i chmury towarzyszące. Dodatek N · rozszerza R.13, R.19, R.20 Kąty na niebie i pomiar dłonią Stopnie kątowe, reguła paznokcia, palca i pięści, i dlaczego 22° oraz 42° są stałe. Dodatek O · rozszerza R.16 Mgła: katalog rodzajów Mgła radiacyjna, adwekcyjna, stokowa, parowania i frontalna — mechanizm i typowe miejsca w Polsce. Dodatek P · rozszerza R.14, R.18 Smugi kondensacyjne: co to naprawdę jest Rzeczowo i bez ironii: skąd się biorą, dlaczego jedne znikają w sekundy, a inne zostają na godziny. Dodatek Q · rozszerza R.18, R.2 Chmury srebrzyste i perłowe: mieszkanki górnej atmosfery Osiemdziesiąt kilometrów, pył meteorowy i lód — najwyższe chmury świata, widoczne z Polski w czerwcu. Dodatek R · rozszerza R.19 · [WZORY] Geometria tęczy: skąd dokładnie 42° Kąt minimalnego odchylenia, druga tęcza, pas Aleksandra i moment, w którym teoria promieni przestaje wystarczać. Dodatek S · rozszerza R.20, R.14 Kryształy lodu i katalog zjawisk halo Geometria sześciokąta, kąty łamiące 60° i 90°, orientacje kryształów i mapa nieba z kilkunastoma zjawiskami. Dodatek T · rozszerza R.21 · [WZORY] Dyfrakcja w liczbach Rozmiar wieńca a rozmiar kropli — jak odczytać jedno z drugiego, stojąc na balkonie. Dodatek U · rozszerza R.22 Fronty na mapie synoptycznej: jak czytać izobary Izobary, symbole frontów, sektor ciepły i trzydziestosekundowe czytanie mapy. Dodatek V · rozszerza R.23 Elektryczność burzy: od ładunku do grzmotu Rozdział ładunku w strefie mieszanej, lider skokowy, uderzenie powrotne i fizyka grzmotu. Dodatek W · rozszerza R.24, R.23 Superkomórka, grad i trąby powietrzne w Polsce Mezocyklon, echo hakowe, skale Fujity i TORRO, klimatologia trąb w Polsce i nawałnica z sierpnia 2017. Dodatek X · rozszerza R.4, R.7, R.6 Fotografia nieba Ekspozycja przy zachodzie i błękitnej godzinie, filtr polaryzacyjny, telefon kontra aparat i granica uczciwej obróbki. Dodatek Y · rozszerza R.5, R.6, R.7, R.3 · [CG] Tak to robi Blender: Sky Texture i suwak Sun Elevation Co naprawdę liczy Sky Texture, skąd w niej suwak Turbidity i dlaczego zmiana kąta Słońca przelicza kolor całego nieba. Dodatek Z · rozszerza R.12, R.17 · [CG] Dlaczego chmury w renderze są tak drogie Czym różni się powierzchnia od objętości, co robi ray marching i dlaczego jedna chmura potrafi kosztować więcej niż całe miasto w tle.

Jak ta książka jest zrobiona

Czysty HTML, CSS i JavaScript. Bez systemu budowania, bez frameworka, bez śledzenia. Wszystkie około stu dwudziestu ilustracji są wektorowe albo liczone na żywo — w całym repozytorium nie ma ani jednego pliku .png czy .jpg. Jedenaście widgetów trójwymiarowych korzysta z three.js, wgranego do repozytorium zamiast ładowanego z sieci, więc książka działa też bez internetu.

Kolory znaczą w niej zawsze to samo, przez wszystkie sto dwadzieścia rysunków: bursztyn to światło, cyan to woda i powietrze, fiolet to lód, niebieski to zimne powietrze. Po trzecim rozdziale przestaje się potrzebować legendy.