Amatérská prohlídka oblohy - Nadzvukové vejce

Když se podíváme za jasného dne na oblohu a spatříme bílou linku táhnoucí se z jedné strany na druhou, přirozeně nás napadne, že původcem bylo letadlo. Přece se jedná o všeobecně známou věc, dokonce i malé děti to ví! Málokdo však je schopen odpovědět proč za letadlem tato „bílá linie“ vzniká. A proč u nadzvukových letadel vzniká vejcovitý mrak? A uvidíme ho vůbec, když letadlo letí rychleji než zvuk?

Začnu od poslední otázky: odpověď zní – pravděpodobně ne. Proč? Pokud letí letadlo rychleji než zvuk (tedy více než Mach 1), tak zvukové vlny, které letadlo vyzařuje, nemohou letadlo předcházet a proto se akumulují do kuželu za letadlem. Když tato rázová vlna prochází okolo nás, tak uslyšíme najednou veškerý zvuk emitovaný za delší dobu. Tento jev se nazývá nadzvukový třesk. (Není však pravdou, že zvukový třesk slyšíme pouze v okamžiku překročení rychlosti zvuku. Protože je rázová vlna dána skokovou změnou tlaku resp. hustoty uvažovaného prostředí, můžeme se s rázovou vlnou setkat nejen u letadel, ale i při výstřelech a nejrůznějších explozích. Se vznikem rázových vln se můžeme setkat i při obyčejném práskání bičem). Abychom ho tedy poznali, dřív než změní tvar nebo se rozpadne, museli bychom pozorovat letadlo právě při překonávání zvukové bariéry, pak bychom měli jistotu. Jenže v okamžiku, kdy zaslechneme třesk, jsme ji už dávno propásli. Takže pech.

Vraťme se však k původnímu problému. Vysvětlení „bílé linky“ je celkem prosté. Vznik mračna způsobený průletem letadla má stejnou příčinu jako každý obvyklý vývin oblačnosti. Proudění vzduchu okolo trupu a křídel letadla změní vždy teplotu a tlak okolního vzduchu. Vztlak vzniklý rozdílem tlaku vrchní a spodní strany křídla nebo trupu letadla ochladí okolní vlhký vzduch a vodní pára zkondenzuje. Bude to tedy u nadzvukových letadel stejné?
Ano i ne. Jak letadlo zrychluje, aby překonalo hranici zvuku, vzniká kolem něho velmi často neobvyklé mračno tvaru rozpláclého kužele, či chcete-li, šišatého vejce. UFOidní mraky jsou už nějaký ten pátek známé (např. létající čočkovité mraky, které pravděpodobně přistály i v Roswellu-J), ale v tomto případě panují určité nejasnosti a samotní vědci se zatím úplně neshodli nad teorií vysvětlující původ tohoto mračna. Pravděpodobná verze tohoto jevu je však taková: Při rychlostech blížících se rychlosti zvuku se teplotní a tlakové rozdíly pozorované při běžných rychlostech jsou výrazně větší než u normálního letu. Mechanismus pro toto zvětšení se nazývá Prandtova – Glauertova singularita (singularita resp. bod proto, že předpokládá, že jakmile se rychlost letu přiblíží rychlosti zvuku, zesílí podle matematického popisu tlakové a teplotní perturbance nade všechny meze). Jinak je však podstata mechanismu stejná jako v případě podzvukového stroje. Takže proč vlastně vznikne tak neobvyklý vejčitý tvar?
Podle jednoho vysvětlení je to proto, že Prandt-Glauertův kondenzační mrak odráží izotermální charakteristiku nadzvukového proudění. Jiné zdroje uvádějí, že mrak v podstatě zviditelní rázovou vlnu. To však fyzici zuřivě popírají a tvrdí, že vznik mraku nemá nic společného s překonáním zvukové bariéry. Letadla mohou generovat Prandt-Glauertův kondenzační mrak prý i bez překročení rychlosti zvuku.

Hm – tak teď si můžete vybrat, čemu uvěříte. Dětem se ale raději nesnažte namluvit, že letadla snášejí vejce. Už by vás nikdy nebraly vážně!-J