Wolkenwit

Kan het lichter zijn in huis bij half bewolkt weer dan op dagen dat er helemaal geen wolken zijn en de zon vrijelijk schijnen kan? Soms lijkt dat zo, dan wordt het noordelijk werkvertrek, dat eigenlijk geen daglicht velen kan, plotseling tot in de stoffigste hoeken opgehelderd. Dan baadt het in een baaierd van licht. In de verte, achter de vervette ramen, hangen torenhoge stapelwolken en het zonlicht dat daarop terecht kwam was met kracht naar binnen geworpen.

Het zou een wonder zijn als prof.dr. M. Minnaert (`De natuurkunde van 't vrije veld') hieraan nooit aandacht had besteed. Maar gisteren was er in 't vrije veld zo gauw geen passage over te vinden. Dat het in zijn algemeenheid bij bewolking lichter is op aarde dan bij heldere hemel is niet waarschijnlijk. Men hoeft zich maar het beeld van de aarde voor de geest te halen dat vanuit een hoog vliegend vliegtuig of een laag vliegende satelliet is te zien om daarover tamelijk beslist te durven spreken. Toch is denkbaar dat plaatsen die zowel direct zonlicht ontvangen als beschenen worden door knalwitte reuzenstapelwolken ongewoon sterk verlicht zijn.

Het is verder niet zo'n interessante kwestie, zeker niet zolang hij niet beter gedefinieerd is dan hier net gebeurde. Hoe meet je precies hoe `licht' het ergens is? Doe je dat in een speciale richting of wat?

Anderzijds kan dit soort reflectie nog van pas komen in het kleine probleem dat hieronder ter sprake komt. De aanleiding kwam van de sneeuw die de afgelopen dagen naar beneden viel en die misschien vandaag ook nog valt of viel. Sneeuw in een vers besneeuwd landschap dat in de zon licht is witter dan de witste zonbeschenen stapelwolk die erboven drijft. 't Is geen eigen waarneming (al valt hij moeiteloos te bevestigen), hij wordt genoemd in de onvolprezen klassieker `Clouds in a glass of beer' van Craig F. Bohren (John Wiley, 1987, ook als Dover-publicatie). Bohren vergelijkt sneeuw met wolken in een beschouwing over verstrooiing (scattering) van licht. Sneeuw is optisch dichter dan een wolk, noteert hij. Sneeuw van een paar centimeter dik heeft al een maximale witheid bereikt, wolken moeten heel, heel erg dik worden willen ze nagenoeg al het opvallende licht terugkaatsen. De gemiddelde wolk laat nogal wat licht passeren. We nemen het voetstoots aan want de fysicus Bohren is een specialist op het gebied van scattering, optische dichtheid en de gemiddelde vrije weglengte van fotonen.

Maar nu. Bohren schreef nog een tweede boek, dat al evenzeer de moeite waard is: `What light through yonder window breaks?' (Wiley, 1991) en daarin beschrijft hij een ander besneeuwd landschap, nu een landschap dat ligt onder een egaal grijs wolkendek, een dek van het soort waarin Nederland grossiert. In het eerste voorbeeld zag de waarnemer zowel de sneeuw als de wolk direct door de zon beschenen worden. In het tweede geval wordt de sneeuw verlicht door licht dat door de wolken viel, door de wolken van dat egale wolkendek. Het restlicht, dat ondanks alle verstrooiing naar beneden kwam zetten, blijkt in staat de sneeuw witter te doen lijken dan de wolken erboven. Ook dat valt moeiteloos te bevestigen. Maar het kan natuurlijk niet.

Het is op deze plaats dat deze rubriek wat onzeker wordt. Bohren geeft het fenomeen een heel simpele verklaring: het is gedeeltelijk een illusie en gedeeltelijk het effect van een gebrekkige waarneming. De sneeuw lijkt vaak wat lichter dan de egaal bedekte lucht omdat we de lichtheid van de sneeuw makkelijk afzetten tegen de donkerheid van de voorwerpen (bomen, huizen) die erin of omheen staan. Daaronder valt ook de hemel vlak boven de horizon die bij bewolkt weer altijd nogal donker is. Dat laatste valt ook zó te formuleren: er valt veel meer restlicht door een egaal wolkendek dan het lijkt, dat komt omdat we nooit recht omhoog kijken om vast te stellen hoeveel het is. Als we tegelijk sneeuw willen zien moeten we vooruit kijken.

Maar bóven is de lucht veel lichter dan aan de horizon. Het middel dat Bohren aanbeveelt om dit aan te tonen is een grote spiegel. Hij is niet de eerste, Minnaert deed het al in 1937, maar zonder de spiegel in te schakelen voor sneeuwonderzoek. Bohren plaatste een grote spiegel in de sneew en fotografeerde die zó dat zowel de sneeuw als de hemel rechtdaarboven (de wolken rond het zenit) in beeld kwamen. Nu leken de wolken wel degelijk lichter dan de sneeuw.

Toegegeven: de afdeling sneeuwresearch van het AW-labo is niet met spiegels het veld ingegaan maar zij heeft wel, toen er een egaal wolkendek hing boven de sneeuw voor de deur, goed recht omhoog gekeken om een indruk te krijgen van het restlicht. Veel was het niet.

Al doende viel de blik op de stoomwolken die de gasgestookte centrale twee straten verderop met negentiende-eeuwse allure uitbraakt. Ze staan hier op het plaatje. De fotograaf moest de camera nogal omhoog richten om ze in beeld te krijgen en ze staan dus geprojecteerd tegen een wolkendek dat zich niet zo heel dicht bij de horizon bevindt. Maar ook deze wolken zijn aan de bovenzijde lichter dan de achtergrond. Er is weinig hoop dat Bohrens spiegeltruc dit weet recht te trekken.

Het aardige is dat Minnaert, in 1937, bij een vergelijkbaar fenomeen heeft stilgestaan. Hij bestudeerde de witheid van de wolken die uit een stoomlocomotief kwamen en stelde vast dat er veel vanaf hing in welke hoek ten opzichte van de zon je ze bekeek. Bekeek je de stoomwolken met de rug naar de zon dan leken ze vreemd genoeg nog het minst wit. In andere gevallen was de stoom steeds `veel helderder dan de helderste delen der stapelwolken'. Minnaert schrijft het toe aan de grote afstand van de wolken maar toont zich onzeker. Het gevoel zegt: hier is meer aan de hand.