Hibridni kondenzacijski tragovi i Crowova nestabilnost

Hibridni kondenzacijski tragovi su tragovi ispuha motora uhvaćeni u turbulentne vrtloge u brazdi zrakoplova. Najčešće nastaju iza velikih zrakoplova. Pojavljuju se kao dvije deblje vrpce koje se ubrzo nakon prolaska zrakoplova mogu izvitoperiti u razne omče, kružiće i čvoriće prije nego što nestanu. Za taj fenomen zaslužna je Crowova nestabilnost.

Naziv na engleskom: hybrid contrails*, Crow instability
* neslužbeni naziv koji je skovao Mick West
Povezani fenomen: režnjevi kondenzacijskih tragova

Brazda koju zrakoplov ostavlja za sobom vrlo je turbulentna. Iza krila ostaju snažni vrtlozi zraka. Ponekad izgledaju zaista spektakularno, kao na ovoj fotografiji*. No, na visinama na kojima zrakoplovi krstare, 10 – 12 kilometara iznad tla, ti vrtlozi mogu dramatično izmijeniti izgled traga koji ostaje iza letjelice.

Proklikajte profilom Stevea Morrisa na Flickru, ima vrlo impresivnih uradaka.

To ćemo najlakše vidjeti iza velikih, četveromotornih zrakoplova. U civilnom zrakoplovstvu to su Boeing 747 te Airbus A340 i A380. Sva tri mogu se relativno često vidjeti iznad naših krajeva. Lako ih je raspoznati po širokim tragovima koje ostavljaju. A ti se tragovi ponekad ne raspršuju (niti šire) na uobičajen način. Prvo se po sredini brazde pojavljuju dvije jasno izražene vrpce. Ostatak traga, onaj oblačasti dio, može se nalaziti oko njih ili ga vjetar može otpuhati sa strane. Te vrpce se zatim uvijaju u sinusoidne oblike, petlje, čvoriće ili kružiće prije nego što nestanu.

To su, kako ih je prozvao West, hibridni kondenzacijski tragovi* – kombinacija običnih i aerodinamičkih tragova. Točnije, obični tragovi od ispuha motora uhvaćeni u turbulentne vrtloge u brazdi zrakoplova.

Hibridni kondenzacijski tragovi nije službeni naziv ove pojave i, koliko mi je poznato, ne postoji u literaturi, kamoli hrvatskoj. Međutim, jednostavan je i donekle dobro opisuje takve tragove: oni su “hibridi” regularnih tragova iz ispuha motora i aerodinamičkih tragova koje oblikuju strujanja zraka, pri čemu se sami aerodinamički tragovi kao takvi ne moraju ni vidjeti. Dovoljno je da vidimo njihov utjecaj na obične tragove.

Vrpce zračnih vrtloga

Tragovi koje obično vidimo iza zrakoplova najčešće su ispušni tragovi, nastali izbacivanjem vrlo vruće vodene pare u hladan okoliš. Para se brzo kondenzira i smrzava, što vidimo kao oblačasti trag. Postoje i aerodinamički tragovi, a njih češće vidimo blizu tla kao vrpce i plohe iza krila. Uzrokuje ih lokalni pad tlaka zraka iza krila ili u središtu vrtloga brazde, što dovodi do pada temperature i kondenzacije*.

Ovo je vrlo pojednostavljeno. Za pomoć obratite se obližnjem fizičaru.

Dvije vrpce koje traju dulje od oblačastog dijela traga, prvo ravne pa zatim svakakve, nastaju zbog turbulencije koju zrakoplov ostavlja za sobom. Ona je uglavnom u obliku dvaju golemih vrtloga iza krila koje ponekad možemo vidjeti kad zrakoplov polijeće ili slijeće (primjer i primjer na sovama). Vrtlozi rotiraju u suprotnim smjerovima, prema unutra. Veći zrakoplovi ostavljaju veću brazdu i jače vrtloge. Zbog toga zrakoplov koji polijeće odmah iza drugoga malo čeka, dok se turbulencija ne smiri.

Dijelovi običnog kondenzacijskog traga bivaju uvučeni u te vrtloge; odnosno, vidimo ih upravo zato jer zahvaćaju dio vodene pare / kristalića leda iz regularnog kondenzacijskog traga. I tu se događa zanimljiva stvar. U uskom rasponu okolišnih uvjeta, ako je temperatura niža od -40°C i ako je relativna vlažnost u odnosu na led samo malo manja od 100%, niži tlak zraka u središtu vrtloga brazde – time i niža temperatura – omogućit će ledenim kristalićima dulji opstanak prije nego što sublimiraju.

U tom dijelu traga, dakle u središnjim linijama vrtloga, kristalići će biti veći i bit će ih više. Zato će te dvije linije biti jače izražene; one predstavljaju središnje osi dvaju vrtloga u brazdi gdje je ledenih kristalića više i gdje dulje traju. Ostatak traga, koji nije zahvaćen zračnim vrtlozima u brazdi, raspršit će se ranije. Često ga možemo i vidjeti, odmaknutog od tih dviju jasnih linija.

One nisu, međutim, doslovno linije – nisu dvodimenzionalne. Zapravo su ti aerodinamički tragovi u obliku malih cijevi ili tunela opisanih oko središta vrtloga. Ponekad ih možemo doslovno takvima i vidjeti. A ako opstanu dovoljno dugo, do izražaja dolazi još jedna karakteristika turbulencije u brazdi.

Crowova nestabilnost

Steven Collins Crow pomno je proučavao turbulencije i ova je pojava nazvana po njemu. Sad, tu je na djelu pomalo egzotična dinamika fluida. Pojednostavljeno, dva vrtloga koji rotiraju u suprotnom smjeru međusobno pojačavaju male nesavršenosti u svojim oblicima. One mogu nastati zbog bilo čega, na primjer vjetra. Ti, u početku sitni poremećaji, s vremenom rastu i šire se. Kada narastu toliko da mogu dotaknuti drugi vrtlog, odvajaju se i ponovno spajaju u niz vrtložnih prstenova.*

Za detalje tog fizikalnog procesa ponovno vas moram uputiti na najbližeg fizičara.

Zato je životni vijek vrtložnih cijevi u brazdi zrakoplova ograničen. Osim toga, baš kao što tragovi mogu biti isprekidani, tako se mogu izmjenjivati i redovni i hibridni kondenzacijski tragovi. Sve ovisi o lokalnim uvjetima u području atmosfere kroz koje zrakoplov trenutno leti. Obično se ispušni trag rasprši prije hibridnog, ali i tu postoje iznimke.

Kako to zapravo izgleda:

Kako Crowova nestabilnost djeluje na vrtloge u brazdi Boeinga 747:

Još jedna snimka Crowove nestabilnosti iza 747:

Odličan primjer ima i Liza Bakos:

Monika Landy-Gyebnar uhvatila je Crowovu nestabilnost u kadru s Mjesecom i Venerom:

Tanki sinusoidni tragovi

Ako jedan od dvaju vrtloga iz nekog razloga nestane, životni vijek onog drugog više neće biti ograničen Crowovom nestabilnošću. Tada on može dulje potrajati i pod utjecajem vlastite rotacije poprimiti valovit, sinusoidan oblik. Tako nastaju tanki sinusoidni tragovi koji svako malo privuku pažnju začuđenih promatrača.

Režnjevi tragova

Ako ne vidimo same vrtložne vrpce nego se trag izobliči na način da dobije izdanke, zupce ili ispupčenja na pravilnim razmacima, nalik na češalj, govorimo o režnjevima kondenzacijskih tragova. Oni nastaju na vrlo sličan način kao i hibridni tragovi, samo su ovdje tragovi gušći pa vrtloge u središtima brazdi uglavnom ne vidimo. Vidimo vrtložne prstenove koji se malo spuste ili pomaknu u stranu, a sa sobom povuku i nešto ledenih kristalića iz samog traga.

Poveznice

Što su to hibridni tragovi opisao je Mick West na Contrail Science.

Lijepa GIF animacija Crowove nestabilnosti, autorice Jean Biz Hertzberg.

Stability Theory for a Pair of Trailing Vortices, rad iz 1970. u kojem je S. C. Crow opisao vrstu turbulencije koja će biti nazvana po njemu (PDF).

Opis pojave hibridnih tragova iznad Tajlanda (PDF).

Ako kojim slučajem mislite da su ovakvi tragovi novije pojave ili plod nekakve zavjere, evo ih u knjizi iz 1972.