Что является причиной следа, который оставляет за собой самолёт, летящий высоко в небе?

Так называемые «химтрейлы», формально более известные как «инверсионные следы», впервые начали появляться за самолётами в те дни, когда стали доступны полёты на большой высоте. Одно из самых ранних известных упоминаний о них связано с именем Уорда Уэллса, американского солдата. В октябре 1918 года ему довелось стать свидетелем странного зрелища в небе, о чём он написал в своём письме, которое было опубликовано в Scientific American вскоре после этого:

Наше внимание привлекло внезапное появление в небе нескольких странных и поразительных облаков – длинных, изящных, петлеообразных лент белого цвета. Они сужались до точки на одном конце, а на другом, где они растворялись в небытии, были примерно такими же широкими, как палец, если его держать на расстоянии вытянутой руки от глаз... Рассмотрев это явление более внимательно, мы заметили на некотором расстоянии от каждого облака небольшую точку – это был самолёт сопровождения. По всей видимости, рассечение воздуха было всем, что нужно, чтобы нарушить тонко сбалансированные метеорологические условия и ускорить это странное образование облаков... Я видел, как корабли оставляли свои следы в облаках, словно маленькие морские животные на мокром песке на берегу, но я никогда прежде не видел, чтобы самолёт писал белым на синей доске неба!

С ростом трафика коммерческих авиакомпаний эти своеобразные облачные образования позади самолётов стали обычным явлением. Но что на самом деле вызывает инверсионные следы, и почему они не всегда появляются позади самолётов?
В двух словах, инверсионные следы, как и любое другое облако, в основном состоят из воды, взвешенной в воздухе (на английский язык «инверсионный след» переводится как “contrail” – “con” сокращённо от “condensation” («конденсация»), а “trail” – это «след»).
Инверсионные следы создаются самолётами одним из двух способов – когда самолёт летит в воздухе, он создаёт области низкого давления, например, над крыльями, что связано с их формой. Это внезапное падение давления может привести к тому, что температура воздуха упадёт ниже точки росы вокруг определённых частей самолёта. Когда это случается, вода в воздухе может превратиться в маленькие капельки. Эти капельки могут даже замёрзнуть, если температура воздуха достаточно низкая, но в любом случае результатом будет появление кратковременной полосы водяного пара позади самолёта.
Иногда данный феномен можно недолгое время наблюдать в вихрях воздуха, создаваемых на концах крыльев. В этом случае вы видите спиральный, как штопор, пар, который тянется за концами крыльев самолёта.
Вы можете также наблюдать это влияние в случае с коммерческими самолётами, если уровень влажности достаточно высокий. Оно вызвано падением давления воздуха, в результате чего вода конденсируется в системе впуска двигателя, создавая что-то вроде небольшого облака внутри.
Аналогичным образом, иногда вы можете наблюдать инверсионные следы на кончиках пропеллеров при определённых условиях по той же причине.
Всё это говорит о том, что эти типы инверсионных следов не являются теми, которые вы видите, когда смотрите на пролетающие над головой коммерческие самолёты. Скорее, этот тип инверсионного следа, вызванного низким давлением, чаще всего появляется, когда самолёт совершает высокоскоростные манёвры в воздухе с высокой влажностью. Например, вы, как правило, можете наблюдать его, когда истребитель взлетает с авианосца.
А как насчёт гораздо более часто наблюдаемых инверсионных следов, которые возникают позади самолётов, летящих на большой высоте? Это побочный продукт сжигания реактивного топлива в очень холодном воздухе, хотя в остальном они в действительности не отличаются от ранее упомянутых следов – и те, и другие связаны с конденсацией воды, только в одном случае вода уже присутствует в атмосфере, а в другом она выбрасывается в воздух.
В частности, когда реактивное топливо сгорает, в атмосферу, помимо несгоревшего топлива и различных частиц, происходит выброс преимущественно углекислого газа и воды.
На большой высоте, где температуры часто опускаются ниже нуля, этот выброшенный водяной пар иногда конденсируется и затем замерзает, в результате чего образуется длинное белое облако позади самолёта. Обычно оно начинается на некотором расстоянии от двигателей, поскольку когда выхлоп первоначально вытесняется, он довольно горячий.
Происходит почти всё то же самое, когда вы выдыхаете воздух изо рта зимой и видите белый пар, образующийся на расстоянии нескольких сантиметров от вашего рта, когда влага в вашем дыхании сталкивается с холодным воздухом вокруг. Более того, если воздух довольно сухой, мини-облако, образующееся за пределами вашего рта, склонно рассеиваться очень быстро, тогда как в дни с более высокой влажностью оно «живёт» немного дольше.
Подобное происходит и в случае с самолётами: в условиях значительно большего количества водяного пара и, как правило, экстремальных температур инверсионные следы могут длиться в течением нескольких часов.
Кроме того, если влажность достаточно высока, то они могут даже потенциально расшириться и превратиться в естественные перистые облака. Это происходит, когда вода из окружающей атмосферы конденсируется вокруг мест нуклеации в инверсионных следах и ветер медленно рассеивает их на большой площади. Эта тенденция инверсионных следов оставаться на протяжении длительных периодов времени также является феноменом, который регулярно наблюдается с самых первых дней полётов на больших высотах.
И в заключение: если вы заметили, что инверсионные следы над вами формируются и быстро рассеиваются, значит, скорее всего, погода будет ясной в тот день. Если же инверсионные следы остаются в течение длительного времени и значительно расширяются, это означает, что воздух на большой высоте очень влажный, что увеличивает вероятность дождей или бурь.