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太空“水母”刷屏?揭秘長征六號甲發射的“暮光效應”

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6月6日凌晨

一條火箭云穿過鐘樓上空的視頻

火爆全網

當日正值長征六號甲運載火箭在太原衛星發射中心成功發射,凌晨4時多,陜西、山西、河南等地的居民目睹了一場意外的視覺盛宴。一條壯美的“冰絲綢”在黎明前的夜空中緩緩鋪展,散發著神秘的光芒。這并非神跡,而是火箭劃破天際時產生的“火箭云”,也被稱為火箭發射的“暮光效應”,它是火箭飛行與大氣層相互作用的完美產物。

讓我們來看看網友記錄下的精彩瞬間



根據世界氣象組織的定義,云是一種水凝物,由液態水或冰或兩者結合的微小顆粒組成,懸浮在大氣中并且通常不接觸地面。事實上,云的形成需要兩個基本條件和一個關鍵因素:充足的水汽、較低的溫度以及起到重要作用的凝結核。凝結核的存在,使得大量碰撞的水汽分子得以“團聚”,形成大小不一的云團。

長征六號甲運載火箭飛行過程恰恰通過燃燒化學、流體力學光學效應的精妙結合,為這條獨特“冰絲綢”云的形成創造了條件。

燃燒化學:火箭云的產生來源

作為新一代無毒無污染的中型運載火箭,長征六號甲運載火箭采用液氧和煤油作為推進劑,火箭飛行時,煤油與液氧發生劇烈的燃燒化學反應,產生高達3000℃的氣體,其主要成分是水蒸氣(H2O)、二氧化碳(CO2)以及少量一氧化碳 (CO)、氮氧化物(NOx)未完全燃燒的碳顆粒


在溫度低至-90°C高空中,這些高溫廢氣從火箭發動機噴管以超音速噴出,極劇的壓力變化和超低的外界溫度,使得其中的水蒸氣迅速膨脹冷卻并快速相變,從氣態直接凝華成固態冰晶,形成所謂的“火箭羽流凝結尾跡”,這一過程類似于我們冬天呼出的“白氣”,但規模要大得多,物理條件也更為極端。

流體力學:火箭云的形態密碼

火箭云如墨滴入水般暈染擴散、變形直至最終消散的動態過程,隱含著高層大氣獨特的物理環境和復雜的流體力學奧秘。

火箭發射時,發動機的噴流往往呈現出美麗的羽毛狀氣流,人們把這種現象稱為羽流現象


長征六號甲運載火箭尾部羽流中心水蒸氣濃度極高,并呈指數級向外擴散。在80公里以上的高度,流體水平方向的擴散速度通常比垂直方向快2-3倍。隨著火箭不斷攀升,大氣壓力持續降低,尾跡擴散得越來越寬,導致其形態逐漸“扁平化”。能形成如此顯著的尾跡,也印證了長征六號甲運載火箭發動機強大的推力和高效的燃燒性能;清晰、符合預期的云跡擴散,反映出該火箭卓越的飛行穩定性與精確的控制能力。

光學效應:火箭云的可見密鑰

事實上,目睹火箭云的條件頗為苛刻,最佳觀測時機往往在清晨或黃昏。這是因為當火箭在日出前或日落后發射升空,其在上升過程中會逐漸脫離地球的陰影區。此時,雖然地面仍處于昏暗之中,但高空的火箭尾跡卻能捕捉到陽光,被“自上而下”照亮。

對于地面的觀察者而言,這條懸浮于暗夜高空、被陽光點亮的尾跡,便如同黑夜中的“發光體”,顯得格外璀璨奪目,從而造就了“冰絲綢”驚艷現身的光學奇觀。


長征六號甲運載火箭是我國首型固液捆綁式中型運載火箭,采用兩級半構型設計,起飛重量約530噸,太陽同步軌道(700千米)運載能力不低于5.5噸。這幕轉瞬即逝的“冰絲綢”奇觀,正是長征六號甲運載火箭飛行時,燃燒產生的水蒸氣在極端高空環境中凝結擴散,在恰逢其時的光線條件下形成。它是人類探索太空征程中,用智慧在天空繪就的一道獨特科學風景。

來源:中國航天科普

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