Estela

Las estelas ( / k ɒ n t r eɪ l z / ; abreviatura de " estelas de condensación ") o rastros de vapor son en forma de línea de nubes producidas por las aeronaves de escape del motor o cambios en la presión de aire, típicamente en aviones altitudes de crucero varias millas por encima de la de la Tierra superficie. Las estelas de condensación se componen principalmente de agua, en forma de cristales de hielo. La combinación de vapor de agua en los gases de escape de los motores de los aviones y las bajas temperaturas ambientales que existen a gran altura permite la formación de los rastros. Impurezas en el escape del motor del combustible, incluido el azufre.Los compuestos (0.05% en peso en combustible para aviones) proporcionan algunas de las partículas que pueden servir como sitios para el crecimiento de gotas de agua en el escape y, si se forman gotas de agua, pueden congelarse para formar partículas de hielo que componen una estela. [1] Su formación también puede ser provocada por cambios en la presión del aire en los vórtices de la punta de las alas o en el aire sobre toda la superficie del ala. [2] Las estelas de vapor y otras nubes que resultan directamente de la actividad humana se denominan colectivamente homogenitus . [3]

Estelas de condensación
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Un jet formando estelas de condensación en un cielo azul
GéneroCirrus ( rizo del cabello ), cirrocúmulos o cirroestratosAltitudDe 7.500 a 12.000 m
(de 25.000 a 40.000 pies)ClasificaciónFamilia A (alto nivel)Aparienciabandas largas¿ Nube de precipitación ?No

Dependiendo de la temperatura y la humedad a la altitud que se formen las estelas de condensación, pueden ser visibles solo durante unos segundos o minutos, y eventualmente se asemejan a cirros naturales o nubes altocúmulos . [1] Las estelas de condensación persistentes son de particular interés para los científicos porque aumentan la nubosidad de la atmósfera. [1] Las formas de nubes resultantes se describen formalmente como homomutatus , [3] y pueden parecerse a cirros, cirrocúmulos o cirrostratos, ya veces se les llama cirros aviaticus . [4] Algunas estelas de condensación persistentes causan el cambio climático . [5]

Estelas de vapor de un Boeing 747-400 de Qantas a 11.000 m (36.000 pies)

Los gases de escape del motor se componen principalmente de agua y dióxido de carbono, los productos de combustión de los combustibles de hidrocarburos. Se han observado muchos otros subproductos químicos de la combustión incompleta de combustible de hidrocarburos, incluidos compuestos orgánicos volátiles , gases inorgánicos , hidrocarburos aromáticos policíclicos , compuestos orgánicos oxigenados , alcoholes , ozono y partículas de hollín en concentraciones más bajas. La calidad exacta depende del tipo de motor y de la función básica del motor de combustión, y hasta el 30% del escape de la aeronave es combustible no quemado. [6] (También se han detectado partículas metálicas del tamaño de micrones resultantes del desgaste del motor.) A grandes altitudes, cuando este vapor de agua emerge en un ambiente frío, el aumento localizado de vapor de agua puede elevar la humedad relativa del aire más allá del punto de saturación . Luego, el vapor se condensa en pequeñas gotas de agua que se congelan si la temperatura es lo suficientemente baja. Estos millones de diminutas gotas de agua y / o cristales de hielo forman las estelas de condensación. El tiempo que tarda el vapor en enfriarse lo suficiente como para condensarse explica que la estela se forme a cierta distancia detrás de la aeronave. A grandes altitudes, el vapor de agua sobreenfriado requiere un disparador para estimular la deposición o condensación. Las partículas de escape en el escape de la aeronave actúan como este disparador, lo que hace que el vapor atrapado se condense rápidamente. Las estelas de vapor de escape suelen formarse a grandes altitudes; generalmente por encima de 8.000 m (26.000 pies), donde la temperatura del aire es inferior a -36,5  ° C (-34  ° F ). También pueden formarse más cerca del suelo cuando el aire es frío y húmedo. [7]

Un estudio de 2013-2014 apoyado conjuntamente por la NASA, el centro aeroespacial alemán DLR y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá NRC, determinó que los biocombustibles podrían reducir la generación de estelas de condensación. Esta reducción se explicó al demostrar que los biocombustibles producen menos partículas de hollín, que son los núcleos alrededor de los cuales se forman los cristales de hielo. Las pruebas se realizaron volando un DC-8 a altitud de crucero con un avión de recolección de muestras volando en pista. En estas muestras, el recuento de partículas de hollín productoras de estelas de condensación se redujo entre un 50 y un 70 por ciento, utilizando una mezcla al 50% de combustible Jet A1 convencional y biocombustible HEFA (ésteres y ácidos grasos hidroprocesados) producido a partir de camelina . [8] [9] [10]

Un P-40 Warhawk antiguo con condensación de vórtice en la punta de la hélice

A medida que un ala genera sustentación , hace que se forme un vórtice en la punta del ala y en la punta del flap cuando se despliega (las puntas del ala y los límites de los flaps son discontinuidades en el flujo de aire). Estos vórtices en la punta del ala persisten en la atmósfera mucho después de que la aeronave ha pasado. . La reducción de la presión y la temperatura en cada vórtice puede hacer que el agua se condense y haga visibles los núcleos de los vórtices de las puntas de las alas. Este efecto es más común en días húmedos. Los vórtices de punta de ala a veces se pueden ver detrás de los alerones de los aviones durante el despegue y el aterrizaje, y durante el aterrizaje del transbordador espacial .

Los núcleos visibles de los vórtices de la punta de las alas contrastan con el otro tipo principal de estelas de condensación que son causadas por la combustión del combustible. Las estelas de vapor producidas por los gases de escape de los motores a reacción se ven a gran altura, directamente detrás de cada motor. Por el contrario, los núcleos visibles de los vórtices de la punta de las alas generalmente se ven solo a baja altitud, donde la aeronave viaja lentamente después del despegue o antes del aterrizaje, y donde la humedad ambiental es más alta. Se arrastran detrás de las puntas de las alas y los flaps de las alas en lugar de detrás de los motores.

En configuraciones de alto empuje, las aspas del ventilador en la admisión de un motor turboventilador alcanzan velocidades transónicas , lo que provoca una caída repentina de la presión del aire. Esto crea la niebla de condensación (dentro de la entrada) que a menudo observan los viajeros aéreos durante el despegue.

Las puntas de las superficies giratorias (como hélices y rotores ) a veces producen estelas de condensación visibles. [11]

En las armas de fuego, a veces se observa un rastro de vapor al disparar en condiciones raras debido a los cambios en la presión del aire alrededor de la bala. [12] [13] Un rastro de vapor de una bala es observable desde cualquier dirección. [12] El rastro de vapor no debe confundirse con el rastro de la bala , que es un fenómeno mucho más común (y generalmente solo se observa directamente desde detrás del tirador). [12] [14]

Seguimiento MODIS de las estelas de condensación generadas por el tráfico aéreo sobre el sureste de los Estados Unidos

Las estelas de vapor, al afectar el equilibrio de radiación de la Tierra , actúan como un forzamiento radiativo : atrapan la radiación de onda larga saliente emitida por la Tierra y la atmósfera más de lo que reflejan la radiación solar entrante . En 1992, el efecto de calentamiento se estimó entre 3,5  mW / m 2 y 17 mW / m 2 . [15] El forzamiento radiativo global se ha calculado a partir de los datos de reanálisis , los modelos climáticos y los códigos de transferencia radiativa ; estimada en 12 mW / m 2 para 2005, con un rango de incertidumbre de 5 a 26 mW / m 2 , y con un bajo nivel de conocimiento científico. [dieciséis]

El efecto varía diaria y anualmente: los vuelos nocturnos contribuyen del 60 al 80% del forzamiento radiativo de la estela, mientras que representan el 25% del tráfico aéreo diario, mientras que los vuelos de invierno contribuyen con la mitad del forzamiento radiativo medio anual y representan el 22% del tráfico aéreo anual. [17] Los cirros de estelas de condensación pueden ser el componente de forzamiento radiativo más grande del tráfico aéreo, más grande que todo el CO2 acumulado de la aviación, y podría triplicarse desde una línea de base de 2006 a 160-180 mW / m 2 para 2050 sin intervenciones. [18] [19]

Los rastros de condensación pueden causar cambios de temperatura de la superficie a escala regional durante algún tiempo. [20] [ verificación necesaria ] La NASA investigó los efectos atmosféricos y climatológicos de las estelas de condensación, incluidos los efectos sobre el ozono, la formación de cristales de hielo y la composición de partículas, durante el Proyecto de Efectos Atmosféricos de la Aviación (AEAP). [21]

Las estelas de condensación de los bombarderos afectaron el clima durante la Segunda Guerra Mundial . [22] [23] Se registró una temperatura 0,8 ° C (1,4 ° F) más alta cerca de las bases aéreas. [24]

Variación de temperatura diurna

El cielo sobre Würzburg sin estelas después de la interrupción de los viajes aéreos en 2010 (izquierda) y con tráfico aéreo regular y las condiciones adecuadas (derecha)

La variación de temperatura diurna es la diferencia entre las máximas y mínimas del día en una estación fija. [25] Las estelas de vapor disminuyen la temperatura diurna y aumentan la temperatura nocturna, reduciendo su diferencia. [26]

Cuando ningún avión comercial sobrevoló los EE. UU. Después de los ataques del 11 de septiembre , la variación de la temperatura diurna se amplió en 1,1 ° C (2,0 ° F). [20] Medido en 4.000 estaciones meteorológicas en los Estados Unidos continentales, este aumento fue el más grande registrado en 30 años. [20] Sin las estelas de condensación, el rango de temperatura diurna local era 1 ° C (1.8 ° F) más alto que inmediatamente antes. [27] Esto se debió quizás al clima inusualmente despejado durante el período. [28] En el sur de EE. UU., La diferencia se redujo en aproximadamente 3.3 ° C (6 ° F) y en 2.8 ° C (5 ° F) en el medio oeste de EE. UU. [29]

Una estela de un avión que vuela hacia el observador puede parecer generada por un objeto que se mueve verticalmente. [30] [31] El 8 de noviembre de 2010 en el estado estadounidense de California , una estela de este tipo ganó la atención de los medios como un "misil misterioso" que no pudo ser explicado por las autoridades militares y de aviación de los Estados Unidos, [32] y su explicación como una estela [30] [31] [33] [34] tardó más de 24 horas en ser aceptada por los medios de comunicación estadounidenses y las instituciones militares. [35]

Una distracción es lo opuesto a una estela.

Cuando un avión atraviesa una nube, puede dispersar la nube a su paso. Esto se conoce como distrail (abreviatura de "rastro de disipación"). El escape caliente del motor del avión y la mezcla vertical mejorada en la estela del avión pueden hacer que las gotas de nubes existentes se evaporen. Si la nube es lo suficientemente delgada, tales procesos pueden producir un corredor libre de nubes en una capa de nubes que de otro modo sería sólida. [36] En Corfidi y Brandli (1986) apareció una observación satelital temprana de distracciones que probablemente eran agujeros alargados provocados por la caída de rachas de aviones. [37]

Las nubes se forman cuando el vapor de agua invisible ( H2O en fase gaseosa) se condensa en gotitas de agua microscópicas ( H
2O en fase líquida) o en cristales de hielo microscópicos ( H
2O en fase sólida). Esto puede suceder cuando se enfría aire con una alta proporción de agua gaseosa. Una distracción se forma cuando el calor de los gases de escape del motor evapora las gotas de agua líquida en una nube, convirtiéndolas de nuevo en vapor de agua gaseoso invisible. Las distracciones también pueden surgir como resultado de una mezcla mejorada (arrastre de) aire más seco inmediatamente por encima o por debajo de una capa de nube delgada después del paso de una aeronave a través de la nube, como se muestra en la segunda imagen a continuación:

  • Imágenes del cielo

  • Múltiples estelas sobre Nueva Escocia

  • Estelas de condensación formadas debido a dos chorros que se cruzan

  • Estelas de vapor de aviones, algunas nuevas, algunas viejas, dispersadas por la cizalladura del viento

  • Una estela sobre el suroeste de Virginia

  • Una estela que proyecta una sombra sobre una capa de nubes más baja

  • Estela de avión

  • Distrail --- una línea estrecha de espacio libre producida por un avión que pasa, aquí producida en un parche de cirrostratos delgados.

  • sobre la Ciudad de la Cultura de Galicia

  • Aeronave

  • Estelas de condensación iridiscentes de un Boeing 747 , cuando el sol brilla a través de un grupo de gotas de agua de tamaño similar en un ángulo relativamente pequeño

  • Un Airbus A340 de Lufthansa produce estelas de condensación

  • Dos F-15 de la USAF acercándose a los MiG-29 soviéticos

  • Estelas de vapor frente al sol

  • Estelas de vapor de escape del motor detrás de un Airbus A340 de Swiss International Air Lines

  • Bombarderos B-17 sobre Europa, 1944

  • USAAF 8th Air Force B-17s y sus estelas

  • El Antonov 225 tiene senderos de vapor séxtuples distintivos

Las cámaras de nubes visualizan partículas de radiación con un principio similar al de las estelas de condensación o los vórtices de las puntas de las alas.
  • Aerosol
  • Teoría de la conspiración de estelas químicas
  • Nube de cirro
  • Cámara de niebla: detector de partículas que funciona con un principio similar
  • Impacto ambiental de la aviación
  • Agujero fallstreak
  • Geoingeniería
  • Oscurecimiento global
  • Barco pistas
  • Publicidad aérea
  • Medusas espaciales
  • Efecto twomey

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  • Educación de estelas de condensación (archivado) | NASA
  • Contrails.nl: Estelas y AviationSmog | Galeras de estelas de condensación y smog de aviación
  • Contral Science | Sitio de referencia para desacreditar historias extrañas sobre estelas de condensación