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飛行機雲はどうしてできるの?

飛行機雲はどうしてできるの?

こたえ:排気がつくるものと、つばさ周辺の渦(うず)がつくるものがあります

飛行機が飛んでいった後に残る、白く細長い飛行機雲。これは、エンジンから排出されるけむりではなく、水てきや氷のつぶでできた「雲」の仲間です。どのようにつくられるのでしょうか。

飛行機雲には、大きく分けて2つのタイプがあります。1つ目はエンジンの排気(排ガス)がつくるもので、水平飛行する飛行機の後ろに多くあらわれます。その原理は、冬の寒い日にはく息が白くと同じです1

飛行機の燃料はガソリンや灯油などからできていて、主成分は炭化水素です。それが燃えると、炭素は二酸化炭素に、水素は水になります。けれども排ガスの温度は300600℃と高いため、水は水蒸気として空気中へ出ていくことになります。

一方、飛行機は通常、地上から約1m10km)の高さを航行していて、周りの気温は−40℃以下です。気温が低いほど空気がふくむことのできる水蒸気の量〔飽和水蒸気量(ほうわすいじょうきりょう)〕は少ないので、飛行機のエンジンから水蒸気をふくむ排ガスが放出されると、排ガスの周りの空気はすぐに飽和水蒸気量に達してしまいます。それによって排ガスの中の水蒸気が水や氷のつぶになり、やがて雲ができるのです(関連記事「雲は何からどうやってできるの」)。

飛行機雲の本数は、2本だったり3本だったり、4本見えることもあります。この数は、だいたい飛行機のエンジンの数と同じなので、飛行機雲の数から機種を推理するのもおもしろいかもしれません。ただし、4本の飛行機雲が2本ずつまとまって見えることもあるようです。

さて、飛行機雲にはもう1つのタイプがありました。それは、飛行機のつばさの端(はし)に発生する渦(うず)がつくるもので、急旋回(きゅうせんかい)したときにできることがあります。

飛行機のつばさは、断面を見ると上側が丸みを帯びた形をしていて、前進すると上側を通る空気の流れが速くなるため、つばさの上の気圧が下がります。すると、つばさに上向きの力〔揚力(ようりょく)〕が生まれます2。また、つばさの端(はし)では、つばさの上下の圧力の差によって下から上へと回り込む渦ができます。この渦の中心部では気圧が下がって空気が膨張するので、温度も低下します。その結果、渦の中の空気が飽和水蒸気量に達して雲ができるのです。

 

「飛行機雲が長くできると雨が降りやすい」と聞いたことはありませんか? 身近な自然現象から天気の変化を予測する「観点望気(かんてんぼうき)」の1つです。飛行機雲ができるには、気温が低く、湿度が高くなければなりません。飛行機雲がなかなか消えず長く残るのは、その条件が整っているということ。低気圧が近づいているときは、上空からしめった空気に覆われ始めることが多いので、飛行機雲がなかなか消えないのは雨が近づいているサインと考えることができます3

参考資料

1)「ANA Trivia Vol.25 大空に描かれた飛行機雲は何でできている?」『ANA Travel &Life』:

https://www.ana.co.jp/travelandlife/trivia/vol25/l

2)内田博幸.「渦の話」『IHI技報』.2011.Vol.51 No.3https://www.ihi.co.jp/var/ezwebin_site/storage/original/application/c7eb5b93cedfa605f2ef33119e3bd38d.pdf

3)「飛行機雲ができるわけ 天気との関係は?」『ウェザーニュース』:https://weathernews.jp/s/topics/202004/220135/

監修者:大山光晴

1957年東京都生まれ。東京工業大学大学院修士課程修了。高等学校の物理教諭、千葉県教育委員会指導主事、千葉県立長生高等学校校長等を経て、現在、秀明大学学校教師学部教授として「理数探究」や「総合的な学習の時間」の指導方法について講義・演習を担当している。科学実験教室やテレビの実験番組等への出演も多数。千葉市科学館プロジェクト・アドバイザー、日本物理教育学会常務理事、日本科学教育学会及び日本理科教育学会会員、月刊『理科の教育』編集委員等も務める。

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