Как и ожидалось, ранее ответившие на вопрос ответили на него неверно. Да, действительно — выхлоп реактивного двигателя содержит воду и она конденсируется при охлаждении. Но не это является основной причиной образования инверсионных следов. Паров воды, выбрасываемой реактивной струей, хватило бы на небольшой едва заметный с земли «хвост». Более того — если пилот отключит двигатели и самолет полетит в режиме планирования — он продолжит оставлять за собой след.
Основная причина образования инверсионных следов — это нарушение устойчивости воздушной среды в результате ее турбулентного перемешивания. С высотой закономерно изменяются температура и влажность воздуха, и в установившемся режиме, в отсутствие сильных восходящих потоков, устанавливается равновесие между испарением и конденсацией, и на каждой высоте мы имеем пар, близкий к насыщенному. Когда же самолет, пролетев, перемешивает слои воздуха, богатый влагой и теплый воздух попадает на бóльшую высоту и охлаждается, что приводит к конденсации. В зависимости от температуры и влажности в области следа, он может быстро исчезнуть, если влажность ниже 100%, долго сохраняться, если она близка к этой величине, и расползаться, иногда занимая полнеба при пересыщении воздуха влагой. Таким образом, наблюдение за инверсионными следами позволяет простым способом получать ценную информацию об атмосферных условиях.
Почему самолеты оставляют белый след в небе?
Бытует мнение, что это вредоносные выхлопы двигателей воздушного судна. Выхлоп там тоже есть, но главная причина следа — все-таки не он
Ярко-белый след от самолета на фоне пронзительно-голубого неба — зрелище завораживающее. Особенно для тех, кто до смерти соскучился по путешествиям. Но откуда он берется? Бытует мнение, что это вредоносные выхлопы двигателей воздушного судна. Выхлоп там тоже есть, но главная причина следа — все-таки не он. Разбираемся.
Если воздух влажный и судно летит высоко, четкий белый след на небе может тянуться на десятки и даже сотни километров. В сухом же воздухе влаги мало, и его почти не видно. Также шлейф не образуется при малой высоте полета.
А вы знаете, как самолеты поворачивают в воздухе?
Скоро на «Тонкостях»: Почему в аэропортах России все так дорого, а в заграничных аэропортах — нет?
Конфиденциальность данных гарантируется, от подписки можно отказаться в любой момент
В солнечный день, когда небо голубое, особенно отчётливо можно заметить, что самолёты, пролетающие наверху, оставляют после себя белые полосы. Откуда появляются эти следы? Вредны ли они для окружающих? Почему после одних самолетов они остаются, а после других — нет? Разберёмся вместе.
Почему самолёт оставляет белый след
Для того чтобы понять схему образования белых полос от самолётов и вертолётов, можно провести простой эксперимент.
В жаркий день возьмите бутылку, налейте в неё воду и положите в холодильник на несколько часов. Если вытащить бутылку через отведённое время и поставить её на стол, то вскоре можно заметить, как поверхность пластика запотевает, и на бутылке образуются водяные капельки.
Как же конденсат связан с белым самолётным следом? Оказывается, напрямую. Белый след от самолётов и вертолётов так и называют — конденсационным следом. По своей сути эти полосы являются облаками. Только создаёт их не природа, а двигатель самолёта.
Основная причина появления конденсационного следа — влажный воздух и низкая температура за бортом. Когда в моторе самолёта сгорает топливо, керосин, за борт выбрасываются горячие струи газа и пара. А поскольку во время полёта на большой высоте температура составляет примерно минус 40 градусов, этот пар становится конденсатом, превращаясь в туман или мелкие-мелкие ледяные кристаллики.
Кристаллы испаряются медленнее, чем обычная вода. По этой причине белый самолётный след остаётся на небе очень долгое время. При этом чем выше влажность климата и чем холоднее за бортом, тем белые полосы длиннее, гуще, ярче.
Почему за некоторыми самолётами нет следа
Иногда можно заметить, что самолёт или вертолёт высоко летит, а белых следов за собой не оставляет. С чем это может быть связано? Оказывается, такому явлению тоже есть разумное объяснение.
В первую очередь, наличие конденсационного следа зависит от влажности воздуха. Влажный воздух — это такой воздух, который содержит в себе много-много мелких частичек воды. Соответственно, при высокой минусовой температуре они замерзают, если их обдать горячим паром от сгоревшего топлива.
Если же самолёт пролетает над регионом с сухим воздухом (это значит, что в воздухе практически нет мелких частичек воды), то и замерзать за бортом нечему. Конденсационного следа от самолёта в таких районах или не будет вообще, либо он будет очень бледным и быстро развеется.
А ещё, как правило, конденсационный след не образуется у самолётов и вертолётов, которые низко летят. Всё потому, что температура воздуха за бортом недостаточно низкая и частички воды просто не успевают превращаться в кристаллики.
Кстати, в некоторых северных регионах, где температура воздуха доходит до минус 50 градусов и ниже, конденсационный (или инверсионный) след от воздушного судна может образоваться даже на самом взлёте или при посадке!
Белый след и окружающая среда
Если белые самолётные следы в небе — это облака, образовавшиеся из конденсата, то причиняют ли они вред окружающей среде? На самом деле учёные до сих пор не имеют однозначного ответа на этот вопрос.
С одной стороны подобные конденсационные следы, которыми исполосована вся атмосфера, не дают вредоносному ультрафиолетовому излучению от солнца проникать на землю. А это значит, что в несколько раз снижается риск ускорения глобального потепления и общего изменения климата на планете.
Другие же учёные заявляют, что конденсационный след — это первая причина возникновения парникового эффекта. Они считают, что воздух перестаёт охлаждаться естественным образом, что и приводит к неблагоприятным последствиям.
Ясное небо, расчерченное ровными белыми линиями, медленно расплывающимися даже после того, как самолеты скрылись из виду, — зрелище завораживающее. Но подобный эффект объясняется элементарными законами физики.
Ясное небо, расчерченное ровными белыми линиями, медленно расплывающимися даже после того, как самолеты скрылись из виду, — зрелище завораживающее. Но подобный эффект объясняется элементарными законами физики: виной всему конденсация, знакомый всем со школьной скамьи переход вещества из газообразного состояния в жидкое.
Самолеты, летающие на высоте до 8 км, чаще не оставляют подобных отметин, так как в нижних слоях атмосферы разница температур недостаточно велика.
Конденсационные следы от самолетов причислены к отдельной группе облаков — техногенным, или искусственным. Они исчезают в результате испарения, причем чем суше воздух, тем быстрее полоска растворяется в небе. Если влажность воздуха низкая, а температура высокая, след может не появиться вовсе, а если наоборот — линия будет насыщенной, длинной и исчезнет не скоро.
Шутки ради можно поиграть в синоптика и предсказать погоду по следу от самолета: четкая полоса — к дождям и туманам, еле заметная и быстро испаряющаяся — к ясному солнцу, зонтик не брать.
Несмотря на простоту и прозрачность физических процессов, споры о пользе и вреде конденсационных следов ведут и ученые, и обыватели. Во-первых, белые полосы — очевидный демаскирующий фактор для военной авиации, так что метеорологи специально вычисляют вероятность их появления и рекомендуют экипажу в нужный момент корректировать высоту. Во-вторых, многие климатологи считают конденсационные следы своеобразными экранами, препятствующими проникновению вредного излучения и понижающими среднюю температуру воздуха на планете, а вместе с ней и риск глобального потепления.
Есть и обратная гипотеза, согласно которой следы усиливают парниковый эффект, мешая естественному охлаждению воздушных слоев. Самые упорные и подозрительные исследователи призывают пилотов летать ниже и избегать участков с повышенной влажностью, но это палка о двух концах: вряд ли остатки авиационного топлива, выбрасываемого ближе к Земле, благоприятно скажутся на экологии, да и в целом перелеты станут дольше и утомительнее. Большинство ученых признают конденсационные полосы штукой совершенно безобидной, так что самое время отставить панику и насладиться красотой узорчатых небес.
Конечно зачастую в небе вы видите этот след не настолько «мощный», но есть некоторые моменты о нем, которые вы могли не знать.
Частенько подняв голову к небу мы видим на нем белую полосу от летящего самолета. След, который он оставляет за собой, называется конденсационным. К слову, у нас часто называют его инверсионным следом, но в Википедии напротив «инверсионного» стоит пометка «устаревшее название». Поэтому будем пользоваться термином «конденсационный». К тому же, это название «говорящее» — в самом этом названии заложен ответ на вопрос о том, что это такое.
Как правило, непосредственной причиной возникновения следа являются отработанные газы реактивных двигателей. В их состав входит водяной пар, углекислый газ, оксиды азота, углеводороды, копоть и соединения серы. Из этого только водяной пар и сера ответственны за появление инверсионного следа. Сера служит образованию точек конденсации, при этом сам инверсионный след может формироваться как из водяного пара, входящего в состав отработанных газов, так и из пара, входящего в состав пересыщенной атмосферы.
Попадая в холодный воздух (а на той высоте, на которой обычно летают самолеты, температура около -40 градусов), пар конденсируется вокруг частичек сжигаемого топлива и получаются мельчайшие капельки, вроде тумана, которые и образуют полосу на небе. Можно сказать, что получается этакое рукотворное длинное облако. Со временем оно рассеется или станет частью перистых облаков.
Почему этот след не всегда виден?
Если для такой влажности температура окружающего воздуха ниже точки росы, то влага образует за двигателями белые конденсационные следы. На малых высотах они состоят из капель воды, которые обычно быстро испаряются, и след исчезает. А вот когда самолет идет на большой высоте, где температура воздуха ниже –40 °С, пар сразу конденсируется в ледяные кристаллы, которые испаряются гораздо медленнее.
Кстати, конденсационные следы самолетов могут влиять на климат Земли. Если посмотреть на Землю со спутника, то можно увидеть, что в тех районах, где часто летают самолеты, все небо покрыто их следами. Одни ученые считают, что это хорошо — следы увеличивают отражательные свойства атмосферы, тем самым не давая солнечным лучам доходить до поверхности Земли. Так можно снизить температуру земной атмосферы и не допустить глобального потепления. Другие считают, что плохо — возникающие от конденсационного следа перистые облака препятствуют охлаждению атмосферы, тем самым вызывая ее потепление. Кто прав, а кто не прав, покажет время.
Хотят запретить оставлять след?
В зависимости от условий атмосферы и скорости ветра инверсионный след может оставаться в небе до 24 часов и иметь длину до 150 км. Ученые из Университета Рединга (Великобритания) решили выяснить, как заставить самолеты летать бесследно, сохранив при этом рентабельность перевозок.
«Может показаться, что самолету нужно делать немалый крюк, чтобы избежать инверсионного следа. Но из-за кривизны Земли вам требуется лишь немного увеличить расстояние, чтобы избежать действительно длинных следов», — говорит Эмма Ирвин, автор исследования, опубликованного в журнале Environmental Research Letters.
Их расчеты показали, что для небольших ближнемагистральных самолетов отклонение от насыщенных влагой областей, даже в 10 раз превышающее длину самого инверсионного следа, способно уменьшить негативное влияние на климат.
«Для больших самолетов, которые выбрасывают больше углекислого газа на километр, имеет смысл отклонение в три раза большее», — говорит Ирвин. В своем исследовании ученые оценили воздействие на климат, оказываемое лайнерами, летящими на одной и той же высоте.
К примеру, самолету, летящему из Лондона в Нью-Йорк, чтобы избежать образования длинного следа, достаточно отклониться на два градуса, что добавит к его пути 22 км, или 0,4% всего расстояния.
В настоящее время ученые вовлечены в работу над проектом, целью которого является оценка возможности перекройки существующих трансатлантических маршрутов с учетом воздействия авиации на климат. Реализовать предложения климатологов значит в будущем столкнуться с проблемами в области экономики и безопасности авиационных перевозок, признают эксперты. «Диспетчерские службы должны оценить, являются ли подобные перекройки маршрутов рейс от рейса осуществимыми и безопасными, а синоптики – понять, способны ли они надежно прогнозировать, где и когда могут образоваться инверсионные облака», — считает Ирвин.
Никаких доказательств реальности существования химиотрасс не существует
Сегодня утром, 18 октября, в небе над Новосибирском растянулись белые следы от самолета. Некоторые горожане предположили, что таким образом над городом распыляют опасные вещества. Мы поговорили с экспертами, чтобы объяснить, почему это не так.
О странных следах от самолета в редакцию написала читательница Диана.
— Небо над микрорайоном «Европейский берег» в понедельник утром. В небе — несколько самолетов, которые оставляют за собой длинные следы. Полосы постепенно расширяются и превращаются в перистое облако. Для примера, на одном из видео летит обычный самолет, и никакого следа не оставляет, — написала Диана. Девушка отметила, что замечает явление не в первый раз, и попросила разобраться, в чем дело.
Диана также публиковала посты о полосах от самолета в паблике микрорайона в соцсети «ВКонтакте». Некоторые люди в комментариях предположили, что таким образом распыляют «коронавирус», но большинство сошлись на версии, что это обычный конденсационный след. Свои публикации сибирячка сопровождала хештегом «химтрейлы».
Еще чуть-чуть и видео загрузится
По мнению сторонников этой теории, не любой след от самолета является химтрейлом — такие следы остаются на небе несколько часов и со временем расширяются.
Истоки теории уходят к операции «Попай» армии США во время войны во Вьетнаме в 1967–1972 годах. Тогда авиация распыляла в дождевых облаках иодид серебра, чтобы вызвать дожди, тем самым лишить противника урожая и размыть дороги.
Однако в 1977 году ООН приняла конвенцию о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду (ENMOD). Ее придерживаются многие страны, в том числе Россия, Китай и США.
Сам термин «химтрейлы» впервые официально упоминается в 2001 году в акте H.R. 2977 Конгресса США. Там о нем сказано как об одном из средств экзотического вооружения. В России слово «химиотрасса» (как дословный перевод с английского) впервые появилось в статье уфолога Николая Субботина.
Известность в Америке и России химтрейлы приобрели только к 2007 году, когда местное телевидение штата Луизиана связало сетку из следов от самолетов на небе с повышением концентрации бария. Телеканал сделал вывод, что виноваты в том химтрейлы. Позднее выяснилось, что журналисты ошиблись и неправильно посчитали концентрацию, сообщал РБК.
Как рассказывает доцент кафедры общей физики НГТУ, кандидат технических наук Валерий Христофоров, такой след в небе — нормальное явление.
— Это переохлажденный водяной пар. Когда самолет летит, из выхлопа у него выбрасываются мелкие частички, и на этих частичках конденсируется вода. Мы видим, по сути дела, туман, который образуется в переохлажденном воздухе. Там очень чистый воздух, поэтому там просто так облако не образуется, а когда там выбрасываются частички, на них образуются капельки воды, — объяснил ученый.
Он добавил, что след может и не оставаться: это зависит от состояния воздуха — если воздух не переохлажден, то и следа не будет.
По словам кандидата технических наук, доцента кафедры технической теплофизики факультета летательных аппаратов НГТУ Максима Горбачева, в следах от самолета действительно могут быть вредные вещества, но они не опаснее выхлопов автомобиля.
— Это дымовые газы, выходящие из двигателя летательного аппарата. То, что они белого цвета на высоте, это всего лишь конденсированная влага. Пары воды, грубо говоря. Там есть, конечно, какие-то отработанные газы, но их концентрация настолько мала, что автомобиль, едущий по земле, причиняет больше вреда экологии. Понятно, что любой двигатель внутреннего сгорания выделяет некоторое количество вредных примесей, но тут нужно приятное с полезным совмещать: или летать быстро, или медленно, но более экологично, — говорит Максим Горбачев.
По словам ученого, то, что след со временем расширяется, тоже нормально:
— Движение масс на высоте никто не отменял, его просто раздувает. Тут полную аналогию можно провести с трубой ТЭЦ. При выходе отработанных газов струя узкая, но потом она расширяется, смешивается с воздухом.
В сентябре новосибирцев смутил странный «луч» света в небе над Новосибирском. Тогда мы также спросили ученого, что это может быть.
А в ноябре 2020 года жителей элитного ЖК «Оазис» смутило строительство вышки сотовой связи недалеко от домов. Они боялись вредного излучения от нее.
Конденсационный след
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 декабря 2022 года; проверки требуют 2 правки.
Конденсационный след от самолёта с четырьмя двигателями. Конденсируется водяной пар, образующийся при сгорании топлива
Конденсационный след от двухдвигательного самолёта
Конденсационные следы от поршневых самолётов B-17, Вторая мировая война. Отчётливо виден конденсат внутри вихрей, сбегающих с концов лопастей
След от шестидвигательного реактивного самолёта Мрия. До начала рассеивания 6 раздельных следов
Вихревые жгуты с законцовок крыла самолёта F/A-18
Конденсационный след, оставленный третьей ступенью ракеты-носителя «Протон» на высоте порядка 90 км. Сконденсированные продукты сгорания и остатки несгоревшего ракетного топлива уже освещаются Солнцем, но утреннее небо ещё тёмное, поэтому след очень контрастный
Конденсационный след от самолёта в ясную погоду держится долго и расползается на полнеба .
Множественные конденсационные следы в небе над Сеной и мостом Пон-Нёф в Париже
Конденсационные следы относятся к отдельной группе облаков — техногенным, или искусственным облакам — Ci trac. (Cirrus tractus, cirrus — перистый, tractus — след).
Существуют две основные причины возникновения условий для конденсации и появления следа.
Первая — это повышение влажности воздуха, когда к атмосферному водяному пару добавляется водяной пар, содержащийся в отработанных газах авиационного двигателя в результате сгорания топлива. Это повышает точку росы в ограниченном объёме воздуха (за двигателями). Если точка росы становится выше температуры окружающего воздуха, то, по мере остывания отработанных газов, избыточный водяной пар конденсируется. Количество водяного пара, выбрасываемого двигателем, зависит от его мощности и режима работы, то есть от расхода топлива. Образованию конденсационного следа также способствуют центры конденсации в виде частиц не сгоревшего или не полностью сгоревшего (сажа) топлива.
Вторая причина появления видимого следа — это понижение температуры воздуха в результате падения его давления над крылом и внутри вихрей, возникающих при обтекании различных частей самолёта. Это так называемые вихревые жгуты. Наиболее интенсивные вихри образуются при больших углах атаки на законцовках крыла и при выпущенных закрылках, а также на законцовках лопастей воздушных винтов. Если при этом температура опускается ниже точки росы — избыток атмосферного водяного пара конденсируется в области над крылом и внутри вихрей. Степень понижения давления и температуры зависят от таких параметров, как масса летательного аппарата, коэффициент подъёмной силы, величина индуктивного сопротивления и мн. др. факторов.
Иногда наблюдаются следы, образованные в результате комбинации этих двух причин.
Таким образом, возможность появления и время существования конденсационного следа, равно как и его вид, зависят от влажности и температуры атмосферного воздуха (при прочих равных условиях). При низкой влажности и относительно высокой температуре след может отсутствовать вовсе, так как при таких условиях водяной пар не достигает состояния перенасыщения. Чем выше влажность и ниже температура, тем больше водяного пара конденсируется, тем медленнее происходит испарение, следовательно — след насыщеннее и длиннее. Когда относительная влажность близка к 100 % и температура достаточно низкая — конденсируется наибольшее количество водяного пара. При этом высокая влажность препятствует испарению частиц следа, что и влечёт образование конденсационных следов, которые могут существовать достаточно долго, нередко превращаясь в перистые или перисто-кучевые облака. Поскольку водяной пар в атмосфере распределён неравномерно, это является причиной такого же «неравномерного» следа.
При полёте ракет, если их двигатели производят достаточное количество водяного пара (все ЖРД, а особенно водородно-кислородные, производящие только водяной пар), конденсационные следы могут возникать и в верхних слоях атмосферы, где естественного водяного пара уже недостаточно. Двигатели твердотопливных ракет практически не производят водяного пара, но выбрасывают значительное количество твёрдых частиц, которые также образуют видимый дымный след, но конденсационным по своей природе он не является.
Конденсационные следы образуются не только на больших высотах полёта (отсюда и одно из ошибочных названий — «высотный след»). На ледовом аэродроме антарктической станции «Амундсен-Скотт» (высота 2830 м над уровнем моря), при определённых условиях (температура воздуха минус 50 градусов и ниже), этот след образуется уже на взлёте или при посадке.
Конденсационные следы до сих пор являются демаскирующим фактором для деятельности военной авиации, поэтому вероятность их появления рассчитывается авиационными метеорологами по соответствующим методикам, и экипажам выдаются рекомендации. Изменение высоты полёта в определённых пределах позволяет избежать или полностью устранить нежелательное влияние этого фактора.
Существует и антипод (противоположность) конденсационному следу — «обратный», «отрицательный» (очень редко встречаемые названия) след, образующийся при рассеивании элементов облачности (кристаллов льда) в пределах спутного следа при определённых условиях. Он напоминает «обращение цвета» в графических редакторах компьютерных программ, когда голубое небо является облаком, а сам след — чистым голубым пространством. Он отчётливо наблюдается с земли при слоистой или кучевой облачности незначительной вертикальной мощности и отсутствии других слоёв облачности, маскирующих голубой фон верхних слоёв атмосферы и прекрасно видим экипажами самолётов, идущих в группе, и особенно хорошо из кормовой кабины (бомбардировщика, транспортного самолёта и т. п.)
Конденсационный след не следует путать со спутным следом. Спутный след — это возмущённая область воздуха, всегда образующаяся за движущимся летательным аппаратом. Однако конденсационный след, взаимодействуя со спутным следом, рельефно выявляет вихревую структуру возмущённого воздуха, образуя интересные визуальные эффекты.
Интересно, что при работе турбореактивного двигателя на земле при определённых условиях может возникать отчётливо видимый вихревой жгут всасываемого в воздухозаборник воздуха.
СсылкиПравить
- На Викискладе есть медиафайлы по теме Конденсационный след
- Почему самолёты оставляют белый след в небе?