De zon liet zich al een tijdje niet zien. Verstopt achter een laag wolken en wellicht ook atmosferische verstrooiing. Ik kijk naar de lucht en vind het een leuk fenomeen: zon en wolken. En er komen vragen op als ‘waar verschuilt de zon zich nu achter?’, ‘wat weegt een wolk?’, ‘hoe hoog hangen de wolken?’ en ‘hoe ver weg de zon?’.

Zon en wolken

De zon en wolken heb ik altijd bijzonder gevonden. Misschien dat ik sterren daar in sommige situaties ook in meenam. Dat laatste voornamelijk in landen en gebieden met minder of geen lichtvervuiling. Want in mijn dagelijkse omgeving zijn ’s avonds en ’s nachts nauwelijks sterren te zien of heb ik er geen aandacht voor.

Maar zon en wolken zijn er wel. En vooral die wolken zijn leuk, omdat ze zulke aparte vormen kunnen aannemen. We kennen natuurlijk allemaal de schaapjeswolken. De meeste mensen zien hooguit ook andere dieren en gezichten in wolken. Maar met een beetje creativiteit en fantasie zien anderen in wolken sprookjesfiguren, objecten, landschappen en meer.

Pareidolie, afbeeldingen in een wolk

Het zien van een patroon of afbeelding in iets dat niet bestaat wordt pareidolie genoemd. Het woord pareidolie is samengesteld uit de Griekse woorden para (= naast) dat we ook kennen van parapsychologie en eidolon (= beeld of idool). De idolen die sommigen zien in de wolken ontsluiten een eeuwenoud spel van projectie, verbeelding en betekenis.

Vooral dat laatste ging verloren met de komst van de moderne wetenschap. Ervoor speelden de zon en wolken een belangrijke rol in allerlei culturen, religies en het dagelijks leven. Wolken werden daarbij gezien als tekenen van voorspoed of onheil. Boeren gebruikten wolken om het weer te voorspellen. En zon en wolken speelden de hoofdrol in allerlei (volks)verhalen en legenden.

Wolken en verbeelding

Wellicht dat het genoemde gebruik al voorbijging aan pareidolie. Want het ging niet meer per se om de afbeelding die mensen zagen in de zon en wolken. Het was een geheel. Traditionele geneeskundigen, bijvoorbeeld bij Native Americans, interpreteerden de formatie van wolken. Zij geloofden dat ze daarmee bepaalde ziekten konden voorspellen of zelfs genezen.

En kunstenaars gebruikten de zon en wolken als inspiratiebron. Bij sommige schilders zal de vorm en herkenning daarin hebben meegespeeld. Bij andere waren de kleuren en de vorm op zich de bron van creativiteit en expressie. In de literatuur symboliseren zon en wolken vaak licht en leven, en vergankelijkheid en verandering. Samen staan ze voor iets dat groter is dan het individu.

Afstand van zon en wolken

Naast het leuke van afbeeldingen zien in wolken heeft de afstand van zon en wolken mij gefascineerd. En daarbij bijvoorbeeld het onlogische. Laat ik daarmee beginnen.

Afstand van zon tot aarde

De afstand tussen de zon en de aarde is gemiddeld ongeveer 149,6 miljoen kilometer. Persoonlijk zou ik bij die afstand ongeveer 149 schrijven. Maar bij miljoenen kilometers is die 0,6 wel een enorme afstand. Bovendien staat die 149,6 bekend als 1 astronomische eenheid (AE).

En nu het onlogische. De afstand vanaf de aarde tot de zon verschilt afhankelijk van de stand van de aarde in de baan om de zon. Die aardbaan heeft de vorm van een ellips. Daardoor staat de aarde in januari, dus in de winter, dichter bij de zon dan in juli, dus in de zomer. De afstand in januari is dan ongeveer 147,1 miljoen kilometer, wat het perihelium wordt genoemd. En in juli ongeveer 152,1 miljoen kilometer, wat men aphelium noemt.

Onlogisch?

Ik zou denken dat de zon in de zomer dichterbij staat. Dan is hij voor ons immers meestal het heetst. Het verschil tussen zomer en winter zit echter niet in de afstand tot de zon, maar in de helling van de aardas. De aarde staat enigszins gekanteld onder een hoek van ongeveer 23,5 graden. Deze kanteling bepaalt welk halfrond meer zonlicht krijgt.

In de zomermaanden staat ons noordelijk halfrond naar de zon toe gekanteld. Daardoor krijgt het meer direct zonlicht en heeft het langere dagen heeft. Dit zorgt voor zomerse warmte, ondanks dat de aarde verder van de zon staat. En omgekeerd staat rond januari ons halfrond van de zon afgekanteld. Dat leidt tot minder zonlicht en kortere dagen.

De winterzonnewende

Bij de winterzonnewende, vandaag om 10:20 uur, staat de zon op het laagste punt ten opzichte van de horizon. Het is de kortste dag. Dit heeft echter ook niet met de afstand tot de zon te maken. Tijdens deze zonnewende is de noordpool het verst van de zon gekanteld. Hierdoor valt er minder zonlicht op het noordelijk halfrond en ervaren we een kortere dag.

Leuk in dit verband is ‘hoelang doet licht erover op de aarde te vallen?’. Licht heeft een snelheid van ongeveer 300.000 kilometer per seconde. De afstand tot de aarde is ongeveer 147 miljoen kilometer. De afstand gedeeld door de snelheid geeft dat het licht er 490 seconden over doet. Simpel vertaald doet het licht van een lampje dat op de zon aangaat er dus iets meer dan 8 minuten over voor wij het op aarde zien oplichten.

Zon achter de wolken

De afgelopen dagen was de zon ruim tien dagen niet te zien. Er werden dit jaar veel records gebroken, maar deze niet. Want in februari 1959 liet de zon zich veertien dagen niet zien. Maar hij was er wel. Ik vind het altijd grappig als mensen op een regenachtige dag zeggen dat de zon niet schijnt. Terwijl het altijd schijnt, maar hooguit verstopt is achter de wolken.

De wolken of een wolk? Wanneer je naar boven kijkt zie je in de lucht slechts een grijze of grijsblauw met witte laag. Het is een wolkendek of een combinatie van wolken en verstrooiingseffecten. Een grijs en witte wolkenlaag duidt meestal op stratuswolken. Deze staan dicht bij de aarde en geven de lucht een uiterlijk als melkglas.

Bij een blauwwitte lucht zijn het meestal altostratuswolken. Deze bevinden zich wat verder van de aarde. Soms kan de zon hier vaag doorheen schijnen. Het zijn dezelfde wolken die we vaak kunnen zien vlak voor een regen- of sneeuwbui.

De wolkenkleur en verstrooiing

De kleur van de wolken ontstaat door de waterdruppels en/of ijskristallen in de wolken. Deze verspreiden het zonlicht. Soms is de kleur een combinatie van wolken en atmosferische verstrooiing. Bij dat laatste gaat het om zonlicht dat zich verspreid en afbuigt terwijl het naar de aarde straalt. Dat gebeurt door luchtmoleculen, stofdeeltjes, waterdruppels en meer van dergelijke deeltjes. Die verstrooiing is een apart fenomeen, waarbij men weer meerdere typen onderscheidt, zoals Raleigh– en Mie-verstrooiing.

Dikke en zware wolken

De zon is onzichtbaar als de wolken dik genoeg zijn. Al het zonlicht wordt dan gereflecteerd of geabsorbeerd en komt er niet door. Bij dunne wolken in een brede wolkenlaag kan de zon ook niet of onduidelijk zichtbaar zijn. Het zonlicht verspreidt zich bij die wolken over een groot gebied.

Maar vraag ik me dan direct af, hoe dik en zwaar zijn wolken dan? Dat hangt vanzelfsprekend af van de grootte. Het gewicht van een wolk wordt gevormd door de waterdamp, waterdruppels en ijskristallen. Die zijn licht genoeg om in de lucht te blijven hangen. Tezamen vormen ze echter een grote hoeveelheid water.

Typen/soorten wolken

Naast grootte speelt ook het type wolk een rol bij het antwoord over gewicht. Er zijn diverse wolktypen of -soorten. Een indeling die men soms maakt in vier hoofdgroepen op basis van vorm en hoogte:

• Cirruswolken (Ci) – Hoge, dunne wolken
• Cumuluswolken (Cu) – Dikke, luchtige, middelgrote wolken
• Stratuswolken (St) – Platte, laaghangende wolken
• Nimbostratuswolken (Ns) – Lage regenwolken

Eentje die er vaak bij wordt genoemd zijn de Cumulonimbuswolken (Cb). Ze horen niet bij de hoofdgroep, maar hebben veel invloed op ons weer (zie aanvullende informatie).

Gewicht en grootte van een wolk

Ter illustratie gebruik ik hier de cumuluswolken, een veel voorkomend type wolk. Die wolk kent ook een onderverdeling, maar ik houd het algemeen. Het zijn de bloemkool- en schapenwolken. Dat laatste als de onderkant platter is. Deze wolken zijn er meestal op zonnige dagen. Ze bevatten dan veel vocht door opstijgende warme lucht. Bij het opstijgen koelt het vocht af en condenseert. Dat resulteert in een zichtbare wolk.

Gewicht en grootte zijn vanuit twee kanten benaderbaar (vanuit gesteld gewicht of grootte) en dan altijd nog slechts bij benadering. Stel zo’n cumuluswolk bevat 500.000 liter water. De dichtheid van water is ongeveer 1 kilogram per liter (kg/L). Dus weegt die wolk 500.000 kg, oftewel 500 ton (= circa 1500 personenauto’s).

Grootte van deze wolk

Het volume is dan 500.000 m3, want 1 liter is 1 kubieke meter (= m3). Een wolk bestaat echter niet volledig uit water. Het zijn waterdruppels en bij koudere lucht ijskristallen. Die vormen zich rond zogenaamde condensatiekernen van microscopisch kleine deeltjes stof en zout.

Volgens de formule van volumeberekening heeft een cumuluswolk van 500 ton of 500.000 liter water dus een omvang van 500.000 kubieke meter. Doordat lucht een groot deel van het totale volume uitmaakt, betekent dat echter dat de wolk veel meer volume heeft. Naast de hoeveelheid lucht hangt de grootte van een wolken ook nog af van bijvoorbeeld temperatuur, luchtvochtigheid en opwaartse druk van de lucht.

En wij kijken tegen de onderkant, de lengte en breedte van een wolk. Om de volledige grootte te bepalen in bovenstaand voorbeeld moeten we ook de hoogte (dikte) van de wolk weten. Die weten we echter niet. Meteorologen gaan bij zo’n wolk van 500 m3 uit van een diameter van ongeveer anderhalve kilometer. Dat is de oppervlakte waar we tegenaan kijken.

Hoe groot is een wolk voor ons?

De grootte van een wolk is dus nauwelijks exact te bepalen. Maar het kan wel enigszins door het om te draaien. Hoewel. Wij zien door de afstand een wolk kleiner dan het in werkelijkheid is. Wanneer je vanaf de aarde een liniaal gebruikt om de lengte en breedte van een wolk te meten zoals je het ziet, kun je de globale oppervlakte van de wolk vaststellen.

De gemiddelde afstand van een cumuluswolk tot de aarde is anderhalve kilometer. Er zijn uitzonderingen, maar die laat ik even buiten beschouwing. De formule is w * a = g (waargenomen grootte x afstand = werkelijke grootte). Heel eenvoudig gesteld zou een wolk die ik zie als 5 cm (0,05 m) op een afstand van anderhalve km (1500 m) dus in werkelijkheid 750 meter breed zijn.

Volgens enkele bronnen moet je de waargenomen grootte vanaf de aarde als een hoekgrootte meenemen in bijv. tangens. En ook de afstand (l) tussen je oog/ogen en bijvoorbeeld een liniaal moet je opnemen in je berekening. In dat laatste geval is (w * a) / l = g de formule. Ik geloof het wel. Als je een beter antwoord hebt, gooi het maar in de cloud.

Aanvullende informatie

Er is nog zo veel leuks te vertellen over wolken. Zoals dat wolken bestaan uit waterdruppels of ijskristallen. Ja, dat vertelde ik al. Maar het zijn er miljoenen en ze zijn zo licht dat ze in de lucht blijven hangen. Dat lijkt vreemd als ik het hierboven heb over een wolk met 500.000 kilogram en liters water. De waterdruppels zijn echter zo klein dat de weerstand van de lucht groot genoeg is om ze in de lucht te houden.

Meer feitjes over zon en wolken?

• Wolken kunnen ‘regenmakers’ zijn. Dat wist je natuurlijk al. Maar het gebeurt wanneer de waterdruppels in een wolk groot genoeg zijn om de zwaartekracht te overwinnen en/of groter zijn dan de luchtweerstand. Dan vallen ze als regen naar de aarde.
• Wolken zien er vaak wit uit door het zonlicht dat op de kleine waterdruppels reflecteert. Door filtering van zonlicht in de lucht lijken wolken echter ’s ochtends of ’s avonds oranje, roze of rood. Stormwolken kunnen zelfs donkergrijs of zwart lijken, omdat die veel meer water bevatten.
• Het filteren van zonlicht is eigenlijk verstrooiing. Een camerafilter bijvoorbeeld houdt bepaalde golflengten (kleuren) tegen en laat andere door. Bij zonlicht worden bepaalde golflengten als het ware uitgestrooid over een oppervlakte. Als dat de golflengten van de kleur blauw zijn, dan zien we de wolken als rood-, geel- en zelfs groenachtig.
• De grootste wolken ter wereld zijn de cumulonimbuswolken (cumulus = stapel; nimbus = regenwolk). Ze bevinden zich op 12 kilometer hoogte, maar kunnen ook tot 20 kilometer stijgen. De basis kan 10 km breed zijn. Ze zijn de veroorzakers van hevige regenvallen, tropische stormen en orkanen. De meeste bestaan korter dan een uur, maar kunnen dus flinke schade aanrichten.
• De atmosfeer is verdeeld in lagen op basis van temperatuursveranderingen. De wolken bevinden zich voornamelijk in de troposfeer. De hoogte van de troposfeer verschilt per locatie. Bij de polen is het lager door koudere temperaturen en bij de evenaar hoger door warme en opstijgende lucht. Hoe hoger echter hoe meer de temperatuur daalt; dat gebeurt met ongeveer 6,5 °C per km. Alleen een enkele cumulonimbuswolk komt weleens in de stratosfeer voor. Zie verder de tabel hieronder.

Atmosferische lagen

Boeken

Ik kan diverse boeken noemen over wolken. Gavin Pretor-Pinney schreef echter een heel leuke boekenserie over wolken . Een van zijn boeken is vertaald als ‘wolkengids’. Het boek uit 2006 is veel te duur verkrijgbaar bij Bol.com. Je kunt beter tweedehands kopen. Of de Engelse versie van zijn boeken aanschaffen. Hij schreef:

• The Cloudspotters Guide (de genoemde wolkengids) over waar wolken vandaan komen? Hoe ze zich vormen? Hoe bijvoorbeeld kunstenaars en filosofen erover dachten?
• Cloud Collectors Handbook, hierin geeft Pretor-Pinney de lezers punten voor het spotten van wolken en het vastleggen van hun vondsten.
• A Cloud a Day toont 365 fascinerende wolkenformaties uit collectie van de door Pretor-Pinney opgerichte Cloud Appreciation Society. Aangevuld met citaten en wolkenfeiten.
• A Cloud a Day Journal, een notitieboek of agenda om informatie over wolken die je ziet vast te leggen.
• Cloudspotting For Beginners is het meest recente boek. Daarin legt de schrijver alles nog eens uit in een geïllustreerde gids vol feiten, geheimen en verhalen over en rond.
• Wave Watcher’S Companion, schreef hij tussendoor. Hij keek op het strand van Cornwall naar de wolken en zag de golven.

Zie ook het bericht ‘weersverwachting, het blijft een gok‘, ‘weer- en klimaatcontrole‘ of het bericht over ‘het meten van neerslag‘