Strona głównaPytania → Czy można uderzyć w chmurę?

Czy można uderzyć w chmurę?

Pytanie

Pyta Ania

Czy można uderzyć w chmurę? Niekoniecznie chmurę rozumianą jako produkt kondensacji pary wodnej na naszej planecie. Pytanie to nurtuje mnie odkąd obejrzałam „Interstellar”. W jednej ze scen, na innej planecie, na której panowały ujemne temperatury, statek zahaczył o chmurę kłębiastą. Czy w jakichkolwiek warunkach fizycznych jest to możliwe? Czy są jakieś związki, które mogłyby tworzyć obiekt przypominający chmurę, unosiłyby się w powietrzu, a jednocześnie byłyby „twarde”?

Odpowiedź

Odpowiada Prof. Szymon Malinowski

W pewnym sensie z chmurą zderzyć się można, a obraz w filmie „Interstellar” ma swoje uzasadnienie fizyczne. To co się tam stało zdarza się też  samolotom (także pasażerskim). Nie chodzi tu o uderzenie w chmurę, ale o gwałtowną zmianę otoczenia odczuwalną dla samolotu. Często granica między obszarem w którym występuje silna turbulencja a obszarem, w którym nie ma turbulencji, jest bardzo ostra i łatwa do zauważenia czy odczucia. Tak dzieje się na granicy chmury i powietrza bezchmurnego, szczególnie w przypadku chmur kłębiastych. Na ogół w otoczeniu chmury nie ma turbulencji lub jest ona słaba, a wewnątrz chmury turbulencja jest silna. Granica chmury widziana jest wtedy w postaci kłębów: zawirowań powietrza zawierającego kropelki wody.

Turbulencja to chaotyczne nieuporządkowane ruchy płynu (w tym wypadku powietrza), bardzo ważne zjawisko które występuje w przepływach. Chmura nie jest obiektem, a procesem, czy lepiej całym zbiorem powiązanych zjawisk dynamicznych i procesów termodynamicznych. Pojawianie się chmur wiąże się z występowaniem przepływów, w których zachodzą: kondensacja pary wodnej, wydzielanie ciepła, konwekcja, przemiany energii. Te efekty powodują, że przepływy w chmurach są często bardzo turbulentne, to znaczy obserwuje się w nich bardzo silne zawirowania i fluktuacje prędkości ruchu powietrza. Gdy samolot wpada w takie fluktuacje, to siła nośna na skrzydłach czy fragmentach skrzydeł, a także opór aerodynamiczny, potrafią się silnie i szybko zmieniać, co odczuwamy jako szarpanie czy wstrząsy samolotu (a w przypadku firmy filmu „Interstellar” lądującego statku kosmicznego). Moment pierwszych wstrząsów można zinterpretować jako „uderzenie w chmurę”. Samoloty pasażerskie starają się omijać chmury i inne obszary silnej turbulencji, a tak zwana „turbulencja czystego nieba” potrafi być poważnym zagrożeniem w ruchu lotniczym.

Turbulencja to zjawisko, które bardzo często występuje wokół nas i warto wiedzieć, że fizyka nie do końca potrafi sobie z nim poradzić. Nie mamy w pełni zadowalającej teorii turbulencji. Niemniej jednak, potrafimy zrozumieć i przewidzieć oraz zmierzyć i opisać ilościowo wiele jej cech. Dla mnie osobiście pytanie która tutaj padło jest niezwykle motywujące z tego powodu, że przez ostatnie lata wraz z grupą współpracowników zajmujemy się turbulencją w atmosferze, szczególnie na górnej granicy chmur stratocumulus i mamy ogromną ilość danych pomiarowych właśnie z takiego obszaru granicy chmury. Zbieraliśmy te dane pomiarowe latając samolotami badawczymi i wielokrotnie intencjonalnie doświadczaliśmy zjawiska, o które Pani pyta (widać to np. na rysunkach 4 i 5 tu). Wymyśliliśmy także sposób, jak z bardzo ograniczonych danych rozpowszechnianych przez samoloty (na podstawie których widzimy np. ruch lotniczy w witrynie „Flightradar”) odzyskiwać informacje o niektórych parametrach turbulencji w powietrzu przez które przelatuje samolot (więcej tu), co w przyszłości pozwoli być może lepiej przewidywać obszary turbulencji czystego nieba.