Chmura Wilsona

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Chmura Wilsona powstała podczas 21-kilotonowego, podwodnego testu jądrowego Baker w ramach Operacji Crossroads
Eksplozja 500 ton trotylu, powodująca powstanie chmury Wilsona.
Grzyb atomowy oraz wielokrotne pierścienie kondensacyjne podczas testu Castle Union bomby wodorowej o mocy 6,9 MtTNT

Chmura Wilsona (zwana również chmurą kondensacyjną) – krótkotrwałe zjawisko zauważalne podczas dużych wybuchów, zwłaszcza jądrowych, w wilgotnym powietrzu.

Kiedy wybuch jądrowy bądź wybuch odpowiednio dużego ładunku konwencjonalnego odbywa się w wystarczająco wilgotnej atmosferze, faza ujemna fali uderzeniowej powoduje rozrzedzenie (zmniejszenie gęstości) powietrza wokół eksplozji. To rozrzedzenie powoduje tymczasowe ochłodzenie powietrza, co prowadzi do kondensacji części pary wodnej zawartej w powietrzu. Kiedy ciśnienie i temperatura wracają do pierwotnych wartości, chmura Wilsona znika[1].

Zmiana ciśnienia jest tu procesem adiabatycznym, gdyż ciepło nie nadąża przepłynąć między masami powietrza, co skutkuje gradientową zmianą temperatury. W wilgotnym powietrzu w najbardziej rozrzedzonych partiach fali uderzeniowej temperatura powietrza może spaść poniżej punktu rosy, w którym para wodna zawarta w powietrzu ulega kondensacji i tworzy widzialną chmurę złożoną z mikroskopijnych kropelek wody. Wpływ ciśnienia fali uderzeniowej maleje wraz z jej przemieszczaniem się (ekspansją; ten sam efekt rozłożony jest na większą powierzchnię adekwatną do odległości od miejsca eksplozji). Limituje to odległość w jakiej może dojść do odpowiedniego dla kondensacji spadku ciśnienia i powstania chmury Wilsona.

Naukowcy obserwujący testy jądrowe przeprowadzane w ramach Operacji Crossroads w 1946 roku na Atolu Bikini nazwali tę przejściową chmurę chmurą Wilsona z uwagi na podobieństwo mechanizmu jej tworzenia się z wykorzystywanym procesem kondensacji w komorze Wilsona, urządzeniu służącym do detekcji cząstek i rejestrowania ich śladów. (Działa ona dzięki czasowemu obniżeniu ciśnienia gazu w zamkniętej objętości, zaś kondensacja następuje wzdłuż toru przelotu naładowanej cząstki.) Analitycy późniejszych testów jądrowych, dla określenia chmury Wilsona, używali bardziej ogólnego terminu ("chmura kondensacyjna").

Wygląd chmury Wilsona determinuje kształt fali uderzeniowej, dyktowany różnymi prędkościami rozchodzenia się na różnych wysokościach, temperatura i wilgotność różnych warstw atmosfery. Podczas testów jądrowych często obserwowane są pierścienie kondensacyjne dookoła lub powyżej kuli ognistej. Pierścienie wokół niej mogą trwać dłużej i utrzymywać się dookoła tworzącej się nogi grzyba atomowego.

Czas trwania chmury Wilsona podczas jądrowych wybuchów atmosferycznych może być skrócony przez promieniowanie termiczne kuli ognistej, które ogrzewa chmurę ponad punkt rosy i odparowuje krople wody.

Ten sam rodzaj chmury kondensacyjnej jest czasami widoczny ponad skrzydłami samolotów odrzutowych na małych wysokościach, w bardzo wilgotnej atmosferze. Skrzydło w górnej części jest bardziej zakrzywione, a większa krzywizna (za tym większa prędkość przepływającego powietrza) powoduje zmniejszenie ciśnienia powietrza w tym miejscu, tak jak tego wymaga równanie Bernoulliego. Redukcja ciśnienia powoduje ochłodzenie powietrza oraz kondensację pary wodnej. Tak pojawiają się małe, przemijające chmury (nie należy ich mylić ze smugami kondensacyjnymi, powstającymi za silnikami; para wodna kondensuje wtedy na aerozolu powstałym ze spalin).

Jeszcze innym rodzajem chmury Wilsona jest Obłok Prandtla-Glauerta.

Przypisy

  1. Glasstone, Samuel and Philip J. Dolan. The Effects of Nuclear Weapons, U.S. Dept. Of Defense/ Dept. Of Energy; 3rd Edition edition (1977), p. 631