เนื่องจากเมฆคือกลุ่มของไอน้ำที่ควบแน่นเป็นหยดน้ำ และอย่างที่เราทราบดี น้ำนั้นหนักกว่าอากาศ มันต้องตกลงมา แต่สิ่งที่ทำให้มันดูเหมือนลอยอยู่เป็นเพราะ “พวกมันตกลงมาอย่างช้ามาก ๆ” ลาเมอร์กล่าว
เมฆตกลงมาด้วยความเร็วที่ช้ามากราว 18 ถึง 36 เมตรต่อชั่วโมง และเมื่อมันอยู่สูงจากพื้นดินหลายกิโลเมตร เราที่มองอยู่ด้านล่างจึงมองเห็นความเปลี่ยนแปลงนี้ได้ยาก
แต่กระบวนการที่ทำให้มันตกลงมาอย่างช้า ๆ นั้นอาจต้องใช้การอธิบายทางวิทยาศาสตร์เข้าช่วย วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจว่าทำไมมันถึงลอยอยู่ได้นั้นอาจต้องคิดถึงสิ่งที่เรียกว่า ‘บอลลูน’ ซึ่งอากาศที่ร้อนกว่ารอบ ๆ ถูกคลุมเอาไว้ด้วยผ้าใบบาง ๆ
โดยปกติแล้วอากาศนั้นมีมวล สิ่งที่มีมวลจะตกลงมาด้วยแรงดึงดูดของโลก แรงนี้จะมีขนาดเท่ากับผลคูณของมวลอากาศและแรงโน้มถ่วง (g = 9.8 นิวตันต่อกิโลกรัม)
แต่สิ่งที่ทำให้อากาศ ‘ก้อนนั้น’ ยังคงอยู่กับที่ไม่ตกลงมานั้น เราต้องการสิ่งที่เรียกว่า ‘แรงลอยตัว’ เพื่อทำให้แรงทั้งหมดที่กระทำต่ออากาศเป็นศูนย์นิวตัน
แรงลอยตัวนั้นแท้จริงแล้วเป็นผลมาจากที่อากาศรอบ ๆ ‘ก้อนนั้น’ ดันเข้ามาในทุกทิศทุกทาง โดยยิ่งใกล้พื้นเท่าไหร่ ยิ่งมีความหนาแน่นสูงขึ้น
ดังนั้นแรงผลักจากอากาศที่ดันขึ้นจากด้านล่างของ ‘ก้อนนั้น’ จึงมีมากกว่าแรงที่กดลงพื้นหรือแรงดึงดูด อากาศก้อนนั้นจึงลอยขึ้น แต่เพื่อให้อะไรที่หนักกว่าอากาศลอยตัว เราต้องทำให้อากาศก้อนนั้นร้อนขึ้น
เพราะว่าอากาศร้อนหนาแน่นอนน้อยกว่าอากาศเย็น มันจึงถูกแรงต้านอากาศผลักให้ลอยขึ้นไปด้านบนเสมอ เราสามารถใช้ผ้าใบบาง ๆ คลุมอากาศร้อนนั้นพาตัวเราขึ้นไป และนั่นก็คือสิ่งที่บอลลูนทำ
แต่สำหรับอากาศที่ไม่มีอะไรคลุม มันจะพัดความชื้นขึ้นไปด้วย ซึ่งจะเจอกับความเย็นด้านบน ต่อมาอากาศเย็นจะทำให้ไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำที่เกาะกันอย่างหลวม ๆ เราเรียกสิ่งนี้ว่า ก้อนเมฆ
หยดน้ำเหล่านั้นมีขนาดเล็กมาก โดยเฉลี่ยแล้วมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 20 ไมโครเมตร ซึ่งพอ ๆ กับครึ่งหนึ่งของเส้นผมมนุษย์ ในทางฟิสิกส์ระบุเอาไว้ว่า แรงต้านของอากาศขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของหยดน้ำ ด้วยขนาดที่เล็ก มันจึงใช้แรงเพียงเล็กน้อยก็จะช่วยพยุงก้อนเมฆเหล่านั้นเอาไว้ให้อยู่กับที่ได้
แต่ทว่าเมื่อความชื้นถูกพัดขึ้นไปเติมเรื่อย ๆ เมฆจะเริ่มหนักขึ้น รวมตัวกัน และสร้างเป็นหยดน้ำที่มีรัศมีใหญ่เพียงพอที่จะถูกแรงดึงดูดของโลกดึงตกลงมา หรือแรงดึงมีมากกว่าแรงพยุงตัว นั่นก็คือหยดน้ำฝนนั่นเอง
นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ฝุ่นก็ตกลงมาเช่นเดียวกันกับหยดน้ำ เนื่องจากมันหนักกว่าอากาศแต่มีพื้นที่หน้าตัดที่เล็ก มันจึงตกลงมาอย่างช้า ๆ
“พวกมันดูเหมือนลอยได้ เพราะโดยพื้นฐานแล้ว พวกมัน (ทั้งเมฆและฝุ่น) ตกลงมาในอัตราที่ช้ากว่าหรือเท่ากับความเร็วกระแสในเมฆ” มาร์ก มิลเลอร์ (Mark Miller) ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยรัตเกอร์ส กล่าว
โดยสรุปแล้ว หยดน้ำ (หรือความชื้น) มีขนาดเล็กมากพอที่ถูกอากาศดันขึ้นไปให้ลอยสูงอยู่ได้ แต่มันจะไม่อยู่ที่ระดับความสูงเดิมตลอดไป หยดน้ำใด ๆ ที่มีขนาดใหญ่เพียงพอก็จะตกลงมาเป็นฝนตรงไหนสักแห่งบนโลกที่ถูกลมพัดพาไป
แม้ว่าเมฆจำนวนมากจะดูเบาเหมือนปุยนุ่น แต่เมฆที่ชื่อว่าคิวมูลัสหรือเมฆพายุฝนฟ้าคะนองนั้นสามารถหนักได้เท่ากับช้าง 100 เชือก ถึงอย่างนั้นพวกมันก็ไม่ได้มีน้ำอยู่ในปริมาณมากเสมอไป
“ถ้าผมเอาน้ำทั้งหมดนั่นออกจากเมฆ มันคงเติมได้ไม่ถึงแกลลอนเลยด้วยซ้ำ” มิลเลอร์บอก
สืบค้นและเรียบเรียง วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
https://www.wired.com/story/if-clouds-are-made-of-water-how-do-they-stay-in-the-air/
https://naturemuseum.org/2017/11 /how-do-clouds-float/
https://www.scientificamerican.com/article/why-do-clouds-float-when/
https://www.usgs.gov/media/images/a-cloud-can-weigh-much-airplane-why-doesnt-it-fall
https://www.livescience.com/planet-earth/why-do-clouds-float