好奇心旺盛な子供たち：雲はどのように空にとどまるのですか？

会話は、子供たちに専門家に答えてもらいたい質問を送るように求めています。 ロンドンからのサムソンは、雲が空に滞在する方法を知りたいと考えています。 大気科学の専門家は説明しています。

質問ありがとう、サムソン。 それを信じるかどうか、私はかつて雲を秤量し、多くの人々は、彼らがそれを行っていると言うことはできません！ 私の科学者の友人と私は巨大な飛行船で空に飛んで、ふわふわした白い雲の中をずっと行きました。 雲は数十億の小さな水滴で構成されているので、実際には、それはそこに非常に濡れていました。

雲の中を飛んでいるとき、レーザーやその他の特殊な科学装置を使って雲の大きさを測定し、その中に小さな水滴がいくつあったかを数えました。 それから、私たちはいくつかの数学をして、この雲は実際にはかなり小さかったことがわかりました。 それは二頭の象と同じです！ だから、あなたはそのような重いものがどのように空にとどまることができるのだろうかと思うのは正しいです。

このパズルには3つのピースがあり、最初のピースは重力です。 この惑星のすべてのものと同様に、雲を構成する小さな液滴は重力によって地球に向かって描かれています。 しかし、これらの液滴は非常に小さいので、それらの下のすべての空気を通過させることは困難です。 これは、彼らが全く非常に速く落ちないことを意味します–実際には、毎秒約1センチメートルしかありません。 そして上向きに吹くどの風でもしぶきをバックアップ運ぶことができます。

パズルの第二のピースに合うように、我々はいくつかの適切な化学を学ぶ必要があります。 私は周期表を紹介しましょう：私たち人間が知っているすべての要素の地図。 要素は、すべてのもののビルディングブロックです–ちょうどあなたが大きく、より複雑なオブジェクトを構築するために使用するレゴの最小の

周期表は、各行の最も軽い要素が常に左側になるように編成されています。 水素は、すべての要素の中で最も軽いので、あなたは左上にそれを見つけることができます。 各行に沿って左から右に移動すると、要素が重くなります。

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乾燥した空気は主に窒素と酸素の2つのガスに、アルゴンと少量の他のガスで構成されています。 今のところ、我々はちょうど窒素と酸素に焦点を当てることができます。 あなたが周期表で見ることができるように、単一の窒素原子の重量は14であり、酸素の重量はほぼ16である。

しかし、窒素も酸素も一人でいるのは好きではないので、彼らはほとんど常に対になっています–ポッドの中の2つのエンドウ豆のように、分子内の2つの原子。 このため、窒素分子は通常28の重量を量り、酸素分子は32の重量を量ります。

空気に水（HÔO）を加えるとすぐに、物事は面白くなります。 水分子は、2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されています。 水素が最も軽い元素であることを覚えていますか？ まあ、単一の水分子はちょうど18の重量を量ります。 だから、実際には窒素や酸素の分子よりも軽いです。 そのため、湿った空気は乾燥した空気よりも軽いです。

パズルの次のピースは温度です。 原則として、暖かい空気が上昇し、冷たい空気が沈む。 空気中の水が暖かいとき、それはガスである可能性が高くなります。 それがより涼しいとき、それは雲のしぶき、雨、あられまたは雪のような液体の形態を、取ることを好みます。

暖かく湿った空気が上昇すると、それはより涼しくなり、より涼しくなります。 そしてそれが冷えると同時に、より小さい水滴は形作ります。 あなたは水滴が雨のように落ちることを期待するかもしれませんが、代わりに、何か楽しいことが起こります。 あなたはそれが乾燥し、液体からガスに変化するときに汗が私たちの肌をどのように冷却するかを知っていますか？ まあ、ガスが液体に変わると、正反対のことが起こります：それは実際に熱を放出します。

これは、雲の小滴が暖かい空気の小さな毛布に囲まれていることを意味します。 そして、暖かい空気は何をしますか？ それは上昇します！ それが上がるように空気が再び冷却されますので、非常に遠く、しかし、そうではありません。

さて、私たちのパズルは完成しました：雲は重力の影響をほとんど受けない小さな水滴で構成されており、乾いた空気よりも軽い湿った空気に埋め込まれています。 そして、彼らは空に向かってそれらを持ち上げる空気の小さな暖かい毛布に囲まれています。 それは何十億トンもの重さの雲が空に浮かんでとどまることができる方法です。

こんにちは興味深いです。 専門家に答えてもらいたい質問がある場合は、大人にそれを送信するように依頼してください[email protected]….. 彼らはあなたの名前、年齢（と、あなたがしたい場合は、あなたが住んでいる都市）が含まれていることを確認してください。 すべての質問は歓迎されています–、深刻な奇妙なまたは奇抜な！

ジム-マックエイド、リーズ大学大気組成の准教授。 この記事は、もともと会話に掲載されました。 元の記事を読む。
画像1:windy_sydney/Flickr,CC BY-NC