Aerodinamički kondenzacijski tragovi

Piše: Marko Posavec

Aerodinamički kondenzacijski tragovi vrpce su ledenih kristalića koje u određenim uvjetima nastaju iza zrakoplova. Nastaju razlikom u tlaku zraka prilikom prolaska zrakoplova. Gledani pod povoljnim kutom mogu pokazati izrazito jaku irizaciju i živopisne boje. Razlikuju se od običnih kondenzacijskih tragova nastalih ispuhom motora, ali ponekad se mogu vidjeti istovremeno.

Naziv na engleskom: aerodynamic contrails

Aerodinamički trag u raznim bojama iza Boeinga 777
Iridescentni aerodinamički trag iza Boeinga 777 na približno 10.000 metara visine. Snimio Marko Posavec, Koprivnica, 26. srpnja 2024.

Aerodinamički tragovi u duginim bojama najspektakularniji su od svih oblika koje kondenzacija oko zrakoplova i iza njih može poprimiti. Ponekad su vrlo blijedi i treba se dobro koncentrirati da ih se vidi, ali ponekad su vrlo uočljivi i uistinu jarkih boja.

Bliže razini tla često vidimo dvije tanke vrpce, po jednu iza svakog vrška krila. Možda ste ih spazili na nekom od zračnih putovanja. Ako imamo sreće*, vidjet ćemo pravi mali oblak ili maglu iznad cijele površine krila. A ako je zrakoplov na visini krstarenja, kao na naslovnoj fotografiji, može ostavljati čitav takav trag iza sebe. I onda ako ga Sunčeva svjetlost pogodi pod dobrim kutom taj će se trag rasplamsati u mnoštvu iridescentnih boja.

To zapravo nije toliko stvar sreće koliko povoljnih uvjeta i znanja da se takvi uvjeti prepoznaju. Doći ćemo do toga kasnije.

Nekoliko lijepih aerodinamičkih tragova snimio sam 25. kolovoza 2024.

Animacija Boeinga 777 kako ostavlja aerodinamički trag
Aerodinamički tragovi manje su konstantni od ispušnih i više ovise o lokalnim uvjetima; češće se “pale i gase”. Ovako izgledaju iz daljine. Avion je KLM-ov Boeing 777, oko 20 kilometara daleko od promatrača. Snimio Marko Posavec, 26. 7. 2024.
Animacija Boeinga 777 kako ostavlja aerodinamički trag
Na ovoj animaciji vrlo se dobro vidi kako aerodinamički trag ovisi o lokalnim, rekli bismo mikrofizikalnim uvjetima. Snimio Marko Posavec, 17. 8. 2024.
Aerodinamički trag iza Boeinga 777 Qatar Airwaysa
Aerodinamički trag iza Boeinga 777 Qatar Airwaysa. Zrakoplov je na visini od 10.058 metara, a vanjska temperatura je -45°C. Snimio Marko Posavec, 17. 8. 2024.

Kako nastaju

Za razliku od uobičajenih kondenzacijskih tragova, ovi nemaju veze s motorima ni njihovim ispuhom. Njih stvara gibanje zraka oko zrakoplova. Možemo ih vidjeti i oko drugih stvari koje velikom brzinom prolaze kroz relativno vlažan zrak: helikopterskih rotora, raketa, naravno i oko brzih lovačkih aviona.

Klasični tragovi nastaju kada vruća vodena para iz avionskih motora dospije u vrlo hladan okolni zrak. Tamo se brzo kondenzira i smrzava, stvarajući ledene kristaliće. Ako su okolišni uvjeti povoljni, ti tragovi mogu potrajati vrlo dugo, a ponekad i prekriti velik dio neba pretvarajući se u “redovne” oblake.

Aerodinamički tragovi, kako im i ime govori, nastaju kretanjem letjelice kroz zrak. Dok zrak prelazi preko krila, tlak mu pada. Zajedno s tlakom pada i temperatura. Zbog toga se ambijentalna vodena para kondenzira u kapljice vode, a one se brzo smrzavaju u kristaliće leda. Kristalići rastu jer uzrokuju daljnje smrzavanje okolnih kapljica. Tako iza zrakoplova nastaje vidljivi trag. Prepoznajemo ga po tome što ne ostaje iza motora nego iza cijele površine krila, osobito bliže trupu gdje je površina krila veća.

Nije isto pri zemlji i na visini

Ovaj fenomen možemo vidjeti i na malim visinama, na primjer pri polijetanju ili slijetanju zrakoplova. Tu je, međutim, bitno različit. Zrak pri tlu ipak je mnogo topliji od onoga na tipičnoj visini krstarenja zrakoplova, oko 10.000 metara. Kapljice vodene pare koje nastaju kondenzacijom tu se ne mogu smrzavati, brzo se raspršuju i isparavaju. Zato pri tlu taj efekt ne traje dugo i iza zrakoplova u pravilu ne ostaje značajan trag. Eventualno vrtložne vrpce iza vrškova krila mogu potrajati dulje.

Dassault Rafale u preletu s jasno vidljivim vrtložnim vrpcama iza krila
Dassault Rafale u preletu s jasno vidljivim vrtložnim vrpcama iza krila. “Vrpca” zapravo nije prikladna riječ jer je očito da se radi o “tunelu” ili “cijevi” kondenzacije. Snimio Marko Posavec, Varaždin, 14. 7. 2024.

Visoko gore, međutim, zrak je puno hladniji. Na temperaturama oko -35 do -45 Celzijevih stupnjeva kapljicama ne treba dugo da se smrznu. Kao i kod regularnih kondenzacijskih tragova, kristalići žive dulje od kapljica i ovisno o vanjskim uvjetima – temperaturi i relativnoj vlažnosti – mogu dugo potrajati, dovoljno da iza zrakoplova ostane vrlo upečatljiv trag.

Ponekad se za tragove zrakoplova govori da nastaju na isti način kao što se naš dah zimi pretvara u oblačiće. To nije sasvim točno: za razliku od vodene pare koju izdišemo, vodena para iza zrakoplova na izuzetno se niskim temperaturama tamo gore brzo smrzava. Zato i traje dulje od oblačka koji smo izbacili iz pluća.

Raznobojni trag iza zrakoplova
Aerodinamički i “obični” tragovi mogu se vidjeti zajedno. Aerodinamički trag je tanka iridescentna ploha izvan tragova ispuha. Snimio Marko Posavec, 22. svibnja 2022.
Helikopter HH-60 Pave Hawk
Aerodinamički kondenzacijski trag iza kraka rotora helikoptera HH-60 Pave Hawk. Snimio Marko Posavec, 30. svibnja 2023.

Tragovi u duginim bojama

Tanke plohe ledenih kristalića u atmosferi mogu stvoriti razne optičke efekte. Tu je, primjerice, čitav niz pojava iz obitelji haloa, ili fenomen koji zovemo irizacija. Najčešće ju vidimo na kapljicama vode u visokim oblacima, no jednako se tako može pojaviti i na kristalićima leda. Nije važno od čega se čestice sastoje, važno je koliko su velike* i da su jednakih veličina. Čestice čiji polumjer odgovara valnoj duljini nadolazeće svjetlosti (od 445 nanometara za plavu do 600 nm za crvenu) raspršivat će tu valnu duljinu, odnosno boju, jače od ostalih.

Za razliku od recimo haloa ili duge gdje svjetlost prolazi kroz čestice i nije svejedno od čega su.

Boeing 777 ostavlja raznobojan aerodinamički trag
Boeing 777 ostavlja raznobojan aerodinamički trag. Zrakoplovi na manjoj visini ne mogu ostavljati ovako upečatljiv trag jer se kapljice vode moraju moći smrzavati. Snimio Marko Posavec, 26. 7. 2024.
Airbus A380 ostavlja iridescentni aerodinamički kondenzacijski trag
Airbus A380 Singapore Airlinesa u prilasku ostavlja iridescentni aerodinamički trag. Snimio Marko Posavec, Koprivnica, 17. 8. 2024.

Kada se takav trag ledenih kristalića nađe pod povoljnim kutom u odnosu na Sunce, čestice raspršuju njegovu svjetlost. Kao što znamo, različite veličine čestica raspršit će drugačije valne duljine svjetlosti, pa tako vidimo trag u različitim bojama. Kao i kod irizacije (i vijenca i sličnih pojava), manje čestice daju jasnije boje. Kako trag odmiče, kristalići rastu i nisu više toliko jednolikih veličina, stoga se i boje postupno gube. Najizraženije boje daju oblaci koji su tek nastali jer su tada njihove kapljice ili kristali jednakih veličina i maleni. Zato se najživopisnije boje nalaze na početnim dijelovima aerodinamičkih tragova. Što su dalje od zrakoplova, sve više blijede.

Ako vas ovo detaljnije zanima, preporučujem pročitati radove na poveznicama navedenima na kraju teksta gdje je cijeli proces vrlo podrobno opisan.

Ovo nije nikakva misteriozna pojava. Naposljetku, zbog raspršivanja svjetlosti na molekulama zraka u atmosferi dobivamo plavo nebo. Oblaci nam rjeđe pokazuju takve boje jer su kapljice u njima uglavnom prevelike da bi utjecale na svjetlost na takav način. Pa ipak, i u njima povremeno vidimo irizaciju, vijenac i slične pojave. Sitni ledeni kristalići skloni su raznoraznim optičkim efektima, zato ih najčešće i viđamo u visokim oblacima, prije svega cirusima i cirostratusima, koji se sastoje od leda. Irizacija je karakteristična za altokumuluse i cirokumuluse.

Boeing 777 ostavlja raznobojan aerodinamički trag
Pod povoljnim kutom Sunčeve svjetlosti, ledeni kristalići u tragu pokazuju vrlo živopisne boje…
Bezbojni aerodinamički trag iza Boeinga 777
… ali pod drugačijim kutom trag postaje blijed i bezbojan. Ipak, očito je da se ne radi o tragovima motora. Snimio Marko Posavec, 26. 7. 2024.
Boeing 777 ostavlja širok aerodinamički trag iridescentnih boja
Boje se mogu vidjeti bilo gdje na nebu, ali ovisno o kutu Sunčeve svjetlosti bit će jače ili slabije. Snimio Marko Posavec, 25. 8. 2024.
Aerodinamički trag izrazito jakih boja iza Boeinga 777
Isti taj Emiratesov 777 na drugoj je strani neba imao znatno jače boje u tragu. Više fotografija ovdje.

Kako ih vidjeti

Za razliku od običnih kondenzacijskih tragova nastalih ispuhom motora, aerodinamički tragovi pojavljuju se na relativno višim temperaturama, obično iznad -40°C. Osim toga, relativna vlažnost zraka mora biti visoka, viša od 80 ili 85 posto. Dakle, obični tragovi zahtijevaju hladan zrak, što hladniji to bolji, a aerodinamički se pojavljuju isključivo u toplijem. Ključ je u vlažnosti: topliji zrak sadrži više vodene pare.

Stoga je aerodinamičke tragove najlakše vidjeti ljeti, kada je zrak topliji i vlažniji. Čimbenici koji mogu pomoći:

  • Zrakoplov treba biti što veći radi veće površine krila koja može stvarati ovaj učinak. Maleni Airbus A320 i Boeing 737 teško će ostavljati ovako upečatljive tragove. Dvomotorni 777, 787, A330, A350 i svi četveromotorni putnički zrakoplovi dobri su kandidati.
  • Zrak je obično vlažniji bliže tlu, stoga su aerodinamički tragovi vjerojatniji kod zrakoplova na manjoj visini, oko 9.000 do 10.000 metara. Mogu se pojaviti i niže, ali zrak mora još uvijek biti dovoljno hladan da omogući brzo smrzavanje.
  • Određenu ulogu igra i brzina leta zrakoplova. Što brže leti, šanse su veće.
Aerodinamički trag s vršnim vrtlozima iza Boeinga 737
OK, ovo nije najuočljiviji primjer na svijetu, ali dočarava kako je aerodinamičke tragove ponekad teško spaziti. Uz to, ovo je maleni 737 i njegov trag nije tako jasan kao od 777 (naslovna fotografija). Ističu se vršni vrtlozi, s vrškova krila; ponekad se samo oni i vide. Snimio Marko Posavec, 26. 7. 2024.

Aerodinamički tragovi mogu se prepoznati po svojoj nagloj pojavi podalje od zrakoplova. Promatrate recimo zrakoplov koji naizgled ne ostavlja tragove, ili ostavlja nekakve sasvim blijede, jedva vidljive. Iznenada, na određenoj udaljenosti iza zrakoplova, trag se naglo popuni. Veliki komadi odjednom postanu bijeli i prilično sjajni. To je to naglo smrzavanje tipično za aerodinamičke tragove. Neki od njih mogu vrlo dugo potrajati, a mogu se i istovremeno vidjeti s običnim tragovima iza motora. Također, karakteristično je za njih da nisu kontinuirani nego su uočljivo isprekidani.

Ako spazite takav zrakoplov, otvorite Flightradar24 ili sličnu aplikaciju za praćenje zrakoplova i pogledajte na kojoj je visini. Zatim pratite druge avione na približno istoj razini leta. Ako se jednako ponašaju, to jest ako ostavljaju takve neobične tragove, pripremite teleobjektiv i pričekajte prvi sljedeći veći zrakoplov koji prolazi iznad vas. Budite spremni: ovaj spektakularan efekt ne traje dugo.

Boeing 777 ostavlja iridescentni trag i baca sjenu
Ovdje vidimo ne samo lijep iridescentni trag već i sjenu samog zrakoplova. Snimio Marko Posavec, 25. 8. 2024. Više fotografija ovdje.
Boeing 777 i aerodinamički trag
U manje povoljnim uvjetima, aerodinamički trag izgubit će boje i izgledat će kao “plahta koju su izgrizli miševi” iza zrakoplova. Sve je to do lokalnih uvjeta i mikrofizike zraka kroz koji zrakoplov leti. Snimio Marko Posavec, 25. 8. 2024.
Iridescentni aerodinamički trag
Iridescentni trag iza Airbusa A321 na 10.600 metara. Ovakvi se tragovi rjeđe vide na takvim visinama, ali u uvjetima visoke vlažnosti zraka mogu se pojaviti. Snimio Marko Posavec, 9. 8. 2024.
Aerodinamički trag u daljini
Aerodinamički trag iza poprilično dalekog Boeinga 777 na 9.500 metara. Sigurno je izgledao vrlo spektakularno onima ispod njega. Snimio Marko Posavec, 9. 8. 2024.

Poveznice

Aerodynamic Contrails: Microphysics and Optical Properties (PDF), Kärcher et al., 2008.

Aerodynamic Contrails: Phenomenology and Flow Physics, Gierens et al., 2009.

Aerodynamic and Rainbow Contrails, Contrail Science.

Aerodynamic Formation of Condensation Trails (PDF), Gierens et al., poster.