Познавательные факты
Почему самолёты оставляют белые полосы в небе
Replyon.net
Белая полоса, которая тянется за летящим высоко в небе самолётом, — это конденсационный след, состоящий преимущественно из мельчайших кристаллов льда.
Его также часто называют инверсионным следом. Он появляется, когда горячий и влажный выхлоп авиационного двигателя смешивается с очень холодным воздухом на большой высоте.
Но почему один самолёт оставляет за собой длинную белую линию через половину неба, а другой практически не оставляет следа? Почему иногда полоса исчезает через несколько секунд, а в другой день остаётся на небе часами, расширяется и постепенно превращается в облако? Ответ кроется не столько в самолёте, сколько в состоянии атмосферы, через которую он летит.
Из чего состоит белый след самолёта
На первый взгляд длинная белая полоса за авиалайнером похожа на дым. Однако по своей природе она гораздо ближе к облаку.
При сгорании авиационного топлива образуются углекислый газ, водяной пар и другие продукты сгорания. В выхлопе также присутствуют мельчайшие частицы, в том числе сажа. На высоте полёта пассажирских самолётов температура воздуха очень низкая. Типичные условия для образования высотных конденсационных следов возникают примерно при −40 °C и ниже, хотя точная граница зависит от состояния атмосферы.
Когда горячий выхлоп двигателя смешивается с окружающим холодным воздухом, содержащийся в нём водяной пар конденсируется на мельчайших частицах. Образовавшиеся капли практически сразу замерзают и превращаются в огромное количество ледяных кристаллов.
Они рассеивают солнечный свет, поэтому с земли мы и видим яркую белую полосу. Механизм отчасти напоминает хорошо знакомое зимнее явление: на морозе становится виден выдыхаемый человеком воздух. Только за самолётом всё происходит на высоте нескольких километров, при значительно более низкой температуре и с образованием ледяных кристаллов.
Вода в следе берётся не только из двигателя
Здесь есть интересная деталь. Можно предположить, что весь лёд, образующий белый след от самолёта, появился из водяного пара, содержащегося в выхлопе двигателя. В момент возникновения следа выхлоп действительно играет важную роль, но если след сохраняется долго, ситуация меняется.
В очень влажном и холодном воздухе образовавшиеся ледяные кристаллы способны расти, забирая дополнительный водяной пар непосредственно из окружающей атмосферы. Поэтому в устойчивом конденсационном следе значительная часть воды со временем может иметь уже атмосферное происхождение.
Двигатель фактически запускает процесс образования облака, которое затем способно поддерживаться благодаря подходящим условиям окружающего воздуха. Именно эти условия во многом определяют, что произойдёт со следом дальше.
Почему самолёт оставляет белый след не всегда
Если образование белой полосы связано с работой реактивных двигателей, возникает логичный вопрос: почему она не тянется за каждым самолётом? Для появления хорошо заметного конденсационного следа необходимо определённое сочетание температуры и влажности.
Воздух на высоте должен быть достаточно холодным, а для сохранения следа — ещё и достаточно влажным. Если окружающий воздух слишком тёплый или сухой, ледяные кристаллы либо вообще не образуют заметного следа, либо быстро исчезают. Поэтому два самолёта даже одного типа могут выглядеть с земли совершенно по-разному. Один проходит по чистому голубому небу практически бесследно, а другой оставляет за собой длинную белую линию.
При этом погода у земли почти ничего не говорит об условиях на высоте десяти километров. В солнечный и сухой день наверху могут находиться очень холодные слои воздуха с достаточно высокой влажностью.
Почему след от самолёта иногда исчезает за секунды
Короткоживущий след возникает в сравнительно сухом окружающем воздухе. Ледяные кристаллы появляются позади самолёта, но существовать долго в таких условиях не могут и быстро сублимируют — переходят из твёрдого состояния непосредственно в водяной пар.
В результате белая полоса исчезает через несколько секунд или минут. С земли при этом кажется, будто самолёт постоянно «рисует» короткий белый хвост: новый участок возникает возле самолёта примерно с той же скоростью, с какой старый исчезает позади него.
Почему некоторые белые полосы остаются в небе часами
Совершенно иначе ведёт себя след, попавший в очень холодный и насыщенный влагой слой воздуха. Если атмосфера перенасыщена водяным паром относительно льда, кристаллы не только не исчезают, но и могут продолжать расти за счёт окружающей влаги. Возникает устойчивый конденсационный след. Такой след способен существовать часами, а при определённых условиях — даже дольше суток.
Первоначально узкая белая линия постепенно меняется. Воздушные течения и сдвиг ветра растягивают её, края становятся менее чёткими, а сам след расширяется. Через некоторое время он начинает напоминать обычное перистое облако. Если рядом проходит несколько самолётов, их расширившиеся следы могут частично сливаться.
Поэтому отсутствие самолёта возле белой полосы совершенно нормально. К тому моменту, когда человек заметил старый устойчивый след, создавший его лайнер может находиться уже за сотни километров.
Почему белый след может внезапно оборваться
Иногда в небе можно наблюдать особенно любопытную картину: самолёт продолжает лететь, но белая полоса за ним неожиданно начинается или заканчивается, словно пилот включил или выключил какое-то оборудование. Причина значительно проще. Атмосфера неоднородна. Даже на одной высоте рядом могут находиться области с разной температурой и влажностью. Особенно важны области, в которых воздух перенасыщен водяным паром относительно льда.
В англоязычной научной литературе их называют ice-supersaturated regions, или ISSR. Самолёт входит в такую область — возникают условия для появления и сохранения следа. Покидает её — условия меняются, и устойчивый след перестаёт формироваться. Поэтому с земли белая линия действительно может выглядеть так, будто она начинается и заканчивается прямо посреди совершенно чистого неба.
Почему в небе появляются кресты и сетки из белых полос
Ещё более необычно выглядят многочисленные пересекающиеся полосы. Иногда они образуют параллельные линии, кресты и даже подобие огромной сетки. Причина связана с организацией воздушного движения и движением самой атмосферы.
Самолёты следуют по определённым маршрутам, которые могут пересекаться. Одними направлениями за сравнительно короткое время пользуется множество воздушных судов, причём они могут находиться на разных эшелонах. Если условия благоприятны для образования устойчивых следов, каждый очередной самолёт оставляет свою линию.
Однако атмосфера в это время не стоит на месте. Ветер постепенно переносит и деформирует старые следы, тогда как на маршрутах возникают новые. Поэтому через некоторое время первоначально простая картина может превратиться в сложную сеть пересекающихся линий. Форма следа в конечном счёте отражает сразу два процесса: траекторию движения самолётов и последующее движение воздушных масс.
Почему след иногда начинается не сразу за самолётом
На хорошей фотографии или при наблюдении с земли можно заметить небольшой промежуток между двигателем и началом видимого белого следа. Это тоже нормальное явление. Выхлопным газам требуется некоторое время, чтобы смешаться с окружающим холодным воздухом.
По мере перемешивания температура газовой смеси снижается до условий, при которых водяной пар конденсируется и формируются видимые ледяные кристаллы. Поэтому белая полоса необязательно начинается непосредственно у сопла двигателя. Её внешний вид зависит не только от температуры и влажности атмосферы, но и от характеристик двигателя, состава выхлопа и используемого топлива.
Всегда ли белая полоса связана с выхлопом двигателя
Не каждое белое образование возле самолёта является классическим высотным конденсационным следом от двигателя. При высокой влажности хорошо заметная конденсация может возникать около крыльев самолёта и в вихрях за их законцовками. Причина здесь несколько иная.
При обтекании крыла возникают области пониженного давления. Падение давления сопровождается локальным снижением температуры воздуха, и при подходящей влажности содержащаяся в нём вода конденсируется. Именно поэтому во время взлёта, посадки или манёвров иногда можно увидеть эффектные белые облака над крылом либо закручивающиеся белые шлейфы за его законцовками.
Они могут внешне напоминать инверсионный след, однако механизм их возникновения отличается от образования классической длинной белой полосы за самолётом на крейсерской высоте.
Могут ли следы самолётов влиять на климат
Конденсационные следы — не только красивое атмосферное явление. Их влияние на климат уже много лет изучается учёными. Долгоживущий след постепенно превращается в искусственно созданную перистую облачность. Как и естественные облака, она взаимодействует с излучением.
Днём такие облака способны отражать часть поступающего солнечного света обратно в космос, создавая охлаждающий эффект. Одновременно ледяные кристаллы препятствуют уходу части теплового инфракрасного излучения Земли, что, наоборот, способствует нагреву.
Эти два эффекта действуют одновременно, однако современные исследования указывают, что в глобальном масштабе итоговое воздействие устойчивых конденсационных следов и возникающей из них перистой облачности является согревающим. Поэтому исследователей особенно интересуют не короткие полосы, исчезающие через несколько минут, а именно долгоживущие следы.
Одно из изучаемых решений выглядит неожиданно просто: самолёт в некоторых случаях может изменить высоту или маршрут так, чтобы обойти небольшой участок атмосферы, благоприятный для образования устойчивого следа.
Другое направление исследований связано с топливом. Количество и свойства частиц в выхлопе влияют на образование ледяных кристаллов. Испытания NASA и Германского аэрокосмического центра показали, что использование более чистого альтернативного авиационного топлива способно заметно уменьшать количество ледяных кристаллов в образующемся следе.
Таким образом, знакомые каждому белые линии в небе оказались не просто любопытным побочным эффектом авиации, а довольно сложным атмосферным явлением, которое сегодня учитывается даже при исследованиях способов снижения климатического воздействия воздушного транспорта.
Почему же за самолётом появляется белая полоса
Белый след за самолётом образуется, когда горячий водяной пар из выхлопа двигателя смешивается с очень холодным воздухом. Влага конденсируется на мельчайших частицах и быстро замерзает, образуя огромное количество ледяных кристаллов. Именно их мы видим с земли как белую линию.
А вот сколько она просуществует, зависит уже главным образом от окружающей атмосферы. В сухом воздухе след может исчезнуть за считаные секунды, а во влажном — сохраняться часами, разрастаться и постепенно превращаться в облако. Поэтому один и тот же самолёт на разных участках маршрута способен то оставлять за собой длинный белый след, то лететь практически бесследно.
Меняется не принцип работы его двигателей — меняется невидимая с земли атмосфера, через которую он проходит.
Ссылки по теме:
