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飞行中的科学 穿过飞机航道
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在空中某一时刻,你很有可能会看见其他的飞机。飞机在空中飞行须遵守严格的规则以便与其他飞机保持一定的距离,不过每架飞机都有特定的航线,这让航空交通管制轻松了许多,而你也可以在空中看见其他的飞机了。飞行高度和一些其他条件决定了飞机间需要保持的距离,有些飞机虽然看起来离得不远,不过在上升阶段,它们之间至少要保持300米(约1000英尺)的垂直距离,对于处于巡航高度的飞机来说,它们间的垂直距离至少要有600米(约2000英尺)。
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如果两架飞机间的水平距离能达到3~5英里(约5~8千米)的话,以上的规则就不适用了。在这种距离下,飞机可以在同一水平面上飞行。
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那架飞机离你有多远?
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下一次如果与其他飞机相遇,你可以试试之前说过的估测距离的方法(见第61页)。一般来说,一架飞机的长度在30~70米之间。我们就假定它为50米吧。如果你通过手臂测量法得出,那架不远处的飞机为4个圆珠笔尖那么大——大约是4毫米。250个4毫米就是1米,12500个4毫米就是50米。因此,你与另一架飞机间的距离等于你眼睛到手臂的距离的12500倍。这相当于0.75米的12500倍——差不多是9000米。当然,这只是一个估测的距离——根据30~70米不同的飞机长度,那架飞机将会位于你的5600~13000米之外。
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虽然严格的航道管制能使飞机间保持一定的距离,不过,现代飞机上都配备了防撞机系统来确保航道规则的实行。大部分飞机上都装有飞行警报和防撞机系统(TCAS)。TCAS会向其他也装配了相同系统的飞机发出信号来获得它们的位置。每架飞机都配备了一种叫做发射机应答器的装置,这是一种能发出无线电信号的全自动的信号发射器。因此,当发射器接收到其他飞机的请求时,应答器就自动开始工作,向对方播报自己的位置。这样一来,对方飞机就能知道附近有哪些飞机以及它们的位置了,一旦发现危险,就能第一时间通知飞行员,避免空难。
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飞行中的科学 留在空中的足迹
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不论你是否邂逅另一架飞机——也许自离开机场后的整个航程中你都没有看到其他飞机——你还是有机会知道其实它们曾经打哪儿经过。如果你仰头看看天空,经常能看到一些笔直细长、犹如薄云的东西,它们跨越天穹,好似空中的通道。
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这些是尾迹,是飞机排出的小水珠留下的痕迹。你乘坐的飞机或许就刚经过一条尾迹附近,或是横切着穿过了它,虽然你也不确定那架飞机到底朝哪个方向飞去了(除非你看见了它),但它的行踪已经一览无余了。尾迹会随着时间的推移变得越来越淡,这是视觉上判断飞机飞行方向的最佳线索。尾迹靠近飞机的那头较为浓厚,甚至可以看到好几条由不同的引擎喷射出尾迹,它们将最终交汇在一起。
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尾迹实际上是术语“凝结尾迹”(condensation trail)的缩写,这是美国人的叫法,英国人则称之为“水汽尾迹”(vapour trails)。两种叫法之中,凝结尾迹这个名称更为准确。因为你看不见水蒸气,它们是气态的水,完完全全是透明的。只有尾迹幻化为小水滴或是冰晶时,我们才能发现它们的存在。简单来说,凝结尾迹是一种人为产生的、形态特殊的云带。
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要弄明白尾迹的来历,我们得回过来了解下飞机引擎是怎么工作的。燃烧室内燃烧着航空燃料。暂且不说那些杂质,航空燃料是由碳氢化合物混合而成的。尽管碳氢化合物是大分子物质,不过它们终究只是由两种最基本的元素组成的——氢元素和碳元素(因此被称为碳氢化合物)。当这种碳氢化合物燃烧时,碳原子和氢原子与空气中的氧原子结合在一起。我们所谓的“燃烧”实际上是一种化学反应,是某物质与氧气结合,然后释放出热量的过程。碳原子与氧结合释放出温室气体二氧化碳,而氢原子也参与了进来,它们成双结对地与氧原子守在一起,形成了水(H2O)。
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在燃烧室里的高温下,水蒸发为气态,接着,它们从飞机的尾部被排了出去,与冷空气接触,水蒸气遇冷凝结成小水滴或是冰晶(如果气温足够低的话)。不过凝结尾迹的形成也会受到一些条件的限制。首先,水蒸气遇冷凝结成水珠需要一定的时间,因此,尾迹形成的位置会离开飞机尾部一段距离。其次,尾迹很少出现在10000英尺以下,因为越往高处,气温就越低,而只有在足够的低温环境中,水蒸气才能在消散前迅速地凝结。
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理论上来说,每个引擎都能拖出一条长长的尾迹,如果你离那架飞机足够近的话,你就能看见它们。但是,不久之后它们就会交汇在一起,起先,每个机翼下方会出现两条尾迹,它们会合并成一条(如果这架飞机有四个引擎的话),接着这两条尾迹又会在飞机尾部汇合,形成一条长长的白色云带,就像我们在地面上看到的那样。当飞机处于低空时——远远低于凝结尾迹形成的高度——你会看到机翼顶端出现薄薄的、浅淡的白烟。有时这些白烟会惊吓到机舱内的乘客,因为他们会以为飞机着火了。不过,你所看到的这些既不是着火时产生的烟雾,也不是我们之前说到的凝结尾迹。
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这是机翼翼尖拉出空气漩涡形成的别样的视觉效果,这种螺旋状的气流尾迹是飞机的机翼产生的,这也是为什么飞机在降落过程中需要与其他飞机保持一定距离。这些涡旋状的尾迹和普通的尾迹不同,它们是由飞机机翼边缘的低压区导致周围空气冷凝而形成的。组成这种涡旋状白雾的不是飞机引擎排放的小水珠,而是空气中本身存在的水汽。在低空中,空气湿度较大,水汽也更多。
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飞行中的科学 机舱之外还有生命么
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你也许会认为,机舱外唯一有生命存在的地方就是另一架飞机了,其实,机窗的另一侧,仍有另一些生命悄然存在。有一种生物我们接触的最多,那就是细菌。细菌不仅仅能作为凝结核,聚集起水汽,形成云雨,而且它们非常非常轻,能随气流飘散到几英里之外。人们在城市上空发现了多达1800种不同的细菌,而且,人们发现在20000米的高空中也有细菌存在,这是普通飞机巡航高度的2倍。
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