giovedì 19 febbraio 2009

Le Contrails secondo Appleman

Cari Lettori, finalmente oggi mi è arrivato l'articolo di H. Appleman del 1953 nel quale per la prima volta viene eseguito uno studio dettagliato del fenomeno delle scie di condensazione.
Vi riporterò alcune parti dell'articolo che ritengo significative per capire quale fosse la conoscenza del fenomeno negli anni '50.
A partire dall'abstract Appleman dice:

"This last requirement proved of no importance in determining whether or not a trail woud form, but did affect its persistence"

La frase segue le 3 caratteristiche di una scia di condensazione ovvero:
1- le scie di condensazione sono fatte da cristalli di ghiaccio
2- Il vapore non può essere trasformato in ghiaccio senza prima passare attraverso la fase liquida
3- Per avere una scia evanescente è sufficiente una quantità di 0,004 g/m3 mentre 0,01 g/m3 sono necessari per una scia netta.

A quest'ultima caratteristica si riferisce la frase che con molta naturalezza ci porta a conoscenza del fatto che le scie erano persistenti anche nel 1953. Trovo incredibile che dopo 55 anni questo concetto sia ancora sconosciuto a qualcuno.
Proseguiamo: Appleman ci dice che per ogni grammo di carburante si liberano 1,4 grammi di acqua, considerate quindi quante tonnellate di carburante trasporta e consuma un aereo e avrete un'idea di quant'acqua può liberare ogni m3 d'aria.
Il lavoro prosegue con calcoli e stime sulla base dell'umidità atmosferica e della quantità di vapore emessa dall'aereo. Non vi è dubbio, quindi, che l'umidità atmosferica giochi un ruolo fondamentale sia nella formazione della contrail, sia nella persistenza.

"[...] the entrainment of air into the trail sets in, continuing until at some distance behind the aircraft the misxture in made up almost entirely of enviroment."

Lo studio di Appleman è basato solamente su previsioni teoriche del tipo "se libero X vapore e ho una serie Z di condizioni allora avrò una scia di condensazione". Tramite questi calcoli ad esempio prova a stabilire il contributo dell'acqua, proveniente dall'aereo, necessario per poter portare e mantenere satura una zona di atmosfera con un'umidità relativa inferiore al 100%. A pagina 16 della rivista è riportata una tabella che affronta proprio tale questione mostrando come la formazione di scie (quindi la saturazione) è ottenibile anche con 0% di umidità ambientale.

Molto interessante è la parte di articolo dove si afferma che le scie di condensazione sono composte da cristalli di ghiaccio:

"The result of many observations have indicated that in the great majority of cases the visible water making up the contrail is in the form of ice crystals. This fact has been determined from the visual appearance of the trails, from the fact that the aircraft flying through such trails only rarely pick up ice, from sctual photographs of the ice crystals in contrails, and from halos and other solar phenomena produced by the trail"

Ci troviamo quindi di nuovo di fronte ad affermazioni normali per la comunità scientifica del 1953 e non ancora giunte al pubblico che sviluppa teorie infondate sulle scie chimiche basandosi sui tipici fenomeni solari che Appleman considera tipici dei cristalli di ghiaccio. D'altra parte è logico pensare che quello sia ghiaccio: dai motori vedo una scia bianca, dai motori esce acqua, l'atmosfera è molto fredda ----> la scia è composta da cristalli di ghiaccio. Il ragionamento elementare è ribadito da Appleman:

"This is not surprising since the critical temperatures of contrail formation were in all cases colder than -29°C, and for high altitudes and low humidities much colder than this."

Nell'articolo l'autore non parla di persistenza rispetto al tempo, ma rispetto ad un fattore N definito come il rapporto (ratio) tra l'aria (ambientale) e i gas di combustione. Viene riportato il seguente esempio:

"If the temperature and relative humidity at this level [39.000 piedi n.d.r.] are -60°C and 60 percent respectively, a distinct trail will form at a point behind the aircraft where the eviroment/exhaust is 150:1. The trail will persist until [...] the ratio become 3700:1"

Nell'articolo si ritiene che una contrail possa persistere oltre un rapporto di 7000:1. Per tradurre tutto ciò in tempo sarebbe necessario valutare vari fattori, ma noi sappiamo da pubblicazioni successive che le contrails possono persistere per diverse ore.
Le sorprese che ci riserva Appleman non sono finite, infatti fa qualcosa di ancora più interessante: confronta le sue previsioni con l'atmosfera standard americana del 1953 (NACA Standard Atmosphere) ottenendo che solitamente le scie di condensazione possono formarsi tra 320 e 240 mb mentre saranno sempre presenti tra i 240 e i 205 mb. Questo ci fa capire che le scie di condensazione non sono affatto rare, ma prendendo un atmosfera standard si nota che le scie sono un fenomeno normalissimo.
In conclusione vorrei sottolineare che, ancora una volta, la questione "scie chimiche " è stata affrontata con leggerezza (Corriere). Trovo abbastanza triste e desolante leggere un articolo che 55 anni fa spiegava un fenomeno che oggi viene ritenuto misterioso dalla stampa e dalla gente comune.

22 commenti:

Fioba ha detto...

Primoooo!!!

Fioba ha detto...

Scusate....... ogni tanto

Comunque questo dimostra che Straker e la scia dei gonzi che lo seguono o parlano e scrivono senza informarsi/documentarsi oppure non conoscono l'inglese.

Ciao

Fioba

markogts ha detto...

Bellissimo articolo. Riesci a pubblicarlo o ci sono problemi di copyright?

l'autore non parla di persistenza rispetto al tempo, ma rispetto ad un fattore N definito come il rapporto (ratio) tra l'aria (ambientale) e i gas di combustione.

Se vuoi conosco uno sciachimista che parla di "dieci secondi netti" LOL Tornando seri: giusto pochi giorni fa con Massimo discutevamo di come una scia non persistente possa in realtà impiegare comunque parecchio tempo per sublimare se fa molto freddo.

Quanto al tuo "stupore" che la gente non sappia oggi cose ovvie cinquant'anni fa... Mi stupisco dello stupore. E in parte penso che sia anche colpa "nostra". Stiamo cercando il bosone di Higgs ma "la gente", di Einstein, conosce solo qualche insulsa e travisata battuta e non ha letteralmente idea della differenza tra un neutrino ed un neutrone.

A me piacerebbe un Piano Marshall per la divulgazione scientifica: per 15 anni stop a tutte le ricerche di qualsiasi tipo, e tutti i ricercatori a lavorare nelle scuole, nei musei, per strada, a spiegare l'ABC. Che poi spiegare l'ABC non è per niente facile ed aiuta a chiarirsi le idee. Che senso ha trovare una cura fantasmagorica in laboratorio per salvare una fettina di popolazione se poi una fetta ben più grande cascherà nelle bufale sui vaccini, sul bicarbonato eccetera? Lasciamo quelle provette per un po' di tempo e mostriamo che non esistono torri d'avorio, esiste solo l'ignoranza.

Vabbé... scusate lo sfogo...

Simone ha detto...

@Markogts

Credo ci siano problemi di copyright visto che le riviste scientifiche si pagano a caro prezzo, anche se sono del 1953. Però non ne sono affatto certo. Sicuramente posso riprodurne delle parti, citando o riportando i grafici. In ogni caso ci tengo a precisare che nella pubblicazione non c'è il grafico di Appleman riportato dalla NASA. Probabilmente è un'estrapolazione dai suoi dati in seguito variamente corretti.

Consentimi di dire che mi sento giovane ed ottimista, mi piace divulgare la scienza così come mi da fastidio la pseudoscienza divulgata con l'autorità che non ha. Mi sento, quindi, deluso quando vedo che i giornali e le televisioni non sono "di approfondimento". Quell'articolo del Corriere non approfondisce nulla, non cita nemmeno una fonte. Ad esempio vi invito a vedere il video della "scia chimica" inseguita da un ufo qui. Vi sembra roba da pubblicare su un giornale nazionale? Non è evidente che quell'oggetto è talmente fuori fuoco che vola ad un'altitudine nettamente diversa dall'aereo (probabilmente molto vicino all'obiettivo)? Eppure quello va sul Corriere, mentre le mie analisi sui "capelli d'angelo" no. Se l'informazione è senza un minimo di spirito critico e di analisi delle fonti allora che "informazione" è?
Io non credo sia un problema degli scienziati, credo sia proprio un problema di mezzi di informazione. Piero Angela ha portato la scienza nelle case degli italiani, ma non per questo la ricerca si è fermata. Credo si tratti proprio di scelte di palinsesto, la "scienza" che va oggi è quella che permette alla gente di non pensare, è quella di Voyager dove si da un colpo al cerchio e un colpo alla botte e tutte le teorie sono vere e plausibili.
Nel mio piccolo con le conferenze cerco di fare informazione, così come fa il CICAP, ma il Comitato è un associazione piccolissima con pochissimi soci. Perchè le sagre del carciofo prosperano, mentre il CICAP lo seguono in pochi?
Non saprei, ma da scienziato rimango stupito dal disinteresse della gente per le argomentazioni scientifiche.
Scusate anche il mio di sfogo

Dario ha detto...

Ciao Simone, e' un piacere leggerti di nuovo.
In effetti, confermi quello che avevo notato anch'io in qualche scambio di opinioni con i sostenitori delle scie chimiche: non leggono le fonti.
Appleman e' uno dei capisaldi del loro impianto teorico per poter dire che le scie persistenti siano "rare" (manca una definizione di rarita'), pero' ne conoscono il lavoro solo tramite un grafico divulgativo ed una riduzione ad una frase di due righe di un articolo intero.
In un paio di scambi, tempo addietro, avevo provato a citare ad alcuni di loro la Staninger (e mi sembra che anch'essa sia una delle colonne portanti delle loro "teorie"). Non l'avevano letta, dicendo che non erano professori e non potevano capire tutto quello che scrive.
Tante volte, mi sembra che le loro posizioni le conosciamo megli noi di loro!

Circa la disaffezione alle materie scientifiche, temo che sia un serpente che si morde la coda: i nostri insegnanti sono molto polarizzati verso le materie umanistiche e preparano gente meno portata per le materie scientifiche.
A partire dall'asilo: qualche giorno fa' una delle maestre del mio figlio maggiore ha "spiegato" che la frutta va' mangiata con la buccia, perche' e' nella buccia che ci sono le vitamine...

Claudio Casonato ha detto...

Purtroppo la gente è più attratta dai mysteri, e se gli togli il giocattolo (dimostrando che è una stron... ehm una bufola) gli fai pure un dispetto.
Tirano di più due tette al grande fratello che 50 splendide conferenze di Simone.... magari se le fai in tanga leopardato ottieni più successo!

Bellissimo articolo comunque, peccato che i Marciano's Brothers incassino di più... prova e fare un araccolta di fondi per un igrometro digitale laser.

A presto

Simone ha detto...

@Dario

Beh io almeno perdorei il fatto che non abbiano letto Appleman visto che mi sembra che fino ad ora sia l'unico che è riuscito a procurarsi una copia dell'articolo. ^^
Sarebbe già una conquista se riuscissero a capire come usare quello presente sul sito della NASA.

@Claudio
Splendide?! Non esagerare, preferisco un "decenti" ^_^

A proposito di collette...vorrei comprare questo:
http://www.miotti.it/index.php/item/sku/15700.html

serve per vedere le scie di condensa chiederete voi...la risposta è NO. Lo prendo perchè mi piace la linea e probabilmente non saprei nemmeno usarlo. Allora fate tutti una colletta e me lo prendete ok?
Attendo fiducioso.^^

Claudio Casonato ha detto...

Lo voglio anch'io quello.....
facciamo la raccolta fondi congiunta????

Claudio Casonato ha detto...

Sul problema informazione, ma che gliene frega alla gente dei capelli d'angelo spiegati correttamente?
Vuoi mettere che bello leggere di un UFO anche se non è vero?
Anni fa il direttore dei programmi di Rete 4,in una intervista, disse: "ho messo Gandhi in prima serata, ed ha fatto 2 milioni. Ho messo la telenovela ed ho fatto 6 milioni. Gandhi in prima serata non lo metto più." Via, magari i numeri erano diversi, ma il succo è questo.
Guarda La Stampa, con Tuttoscienze. Guarda i quotidiani in genere - ti va bene se qualche volta portano delle notizie scientificamente corrette, e di solito è perchè Di Pietro ha detto una fesseria, ed Il Giornale ne approfitta per dargli addosso (a Di Pietro).
Tu sai che io ho una rubrica - quella del mio blog - su un settimanale della zona. Ma si tratta di CULO, perchè quello spazio è rubato alla pubblicità. Infatti, quando hanno più pubblicità, la prima pagina a saltare è quella con la mia rubrica, mentre l'oroscopo o il feng shui (o come si scrive) c'è sempre. E considera che il direttore è un fan del CICAP!
Figurati gli altri......

Ti ricordi Stefano Bagnasco a Buona Domenica con gli astrologi? Gli hanno fatto dire 3 parole 3, mentre al mago otelma (o chi cappero c'era) spazio libero!

L'unica speranza di avere un po di spazio è sul serio se ti metti a fare le conferenze in tanga.... lo farei io, ma sono troppo cicciotto, e fare brutta figura....
Per andere al Grande Fratello,poi, sono troppo vecchio e troppo normale, to almeno hai l'età dalla tua, potresti candidarti per l'anno prossimo.

Ciao

Simone ha detto...

@Claudio

Se io andassi al Grande Fratello (posto che prendano un geek come me) vedo solo 3 possibilità:

1- Dopo 10 minuti urlo contro tutti e esco disperato
2- Dopo 10 minuti mi cacciano fuori a calci gli altri concorrenti
3- Vengo buttato fuori alla prima votazione perchè sono noioso e dico troppe poche volgarità

Oggi si cerca il clamore (si fanno anche le leggi per clamore) e la stampa ha una grande resposabilità in questo ambito.

Dario ha detto...

Simone, vedi, il fatto e' che tu sei l'unico che si e' sbattuto per procurarselo.
A me interessa relativamente, e quindi non l'ho ordinato.
Ma chi sostiene seriamente la teoria delle scie chimiche (e che usa Appleman per dire che le scie persistenti sono rarissime), mi pare proprio strano che non faccia nulla per leggersi l'originale.
Che poi, volendo vedere, ha assunto tutta questa notorieta' per caso: negli ultimi 50 anni ce ne saranno ben di articoli pubblicati integralmente anche in forma elettronica, piu' facilmente raggiungibili e piu' aggiornati!

Guarda soltanto questo articolo di Straker.
Avrai di sicuro gia' avuto occasione di leggerlo: ti rendi conto di che livello!?!?
Tu ti premuri di trovare l'originale di Appleman e Straker (scientemente o no, non l'ho capito) e' convinto che sia l'umidita' relativa (un numero adimensionale!!!) a dirti quanta acqua puo' stare allo stato gassoso miscelata con l'aria.
Ho provato a farglielo notare, ma non ha pubblicato il mio commento. Non sembra neanche averlo recepito.

Per questo dico che, tante volte, sembriamo conoscere meglio i loro stessi argomenti noi di loro.

Per Claudio: non svalutarti cosi'. HAi presente "The full monthy"?

markogts ha detto...

Domanda tecnica: mi riusciresti a spiegare come funziona esattamente nella testa di Appleman la "T max for persistence"? Io un'idea ce l'ho, ma vorrei essere sicuro.

Simone ha detto...

@Marko

Nella testa di Appleman non saprei visto che nell'articono originale non viene citata esplicitamente una T max di persistenza.
La cosa che emerge nell'articolo è che più è bassa l'umidità atmosferica più è difficile che la contrail persista, così come succede se aumenta la T. La "T max for persistence" è la linea che indica la T necessaria (ad una certa umidità) per avere persistenza. Perciò la persistenza può verificarsi se si ha un umidità relativa intorno ai 60% (minimo) e una temperatura almeno pari a quella riportata nel grafico NASA. Un grafico simile (anche se meno intuitivo) è riportato nell'articolo originale dal quale grossomodo si ottiene lo stesso tipo di valori limite. Appleman sostiene che una contrail si forma quando si raggiunge la saturazione più una certa quantità. Quindi 100% più un "extra" che risulta essere la componente visibile composta da cristalli di ghiaccio. E' chiaro che più è alta la T più sarà difficile raggiungere la saturazione iniziale necessaria e quindi per la persistenza oltre ad una certa umidità iniziale è necessaria anche una temperatura sufficientemente bassa.
Spero di aver chiarito il dubbio. Se ci sono obiezioni fammelo sapere.

markogts ha detto...

Premessa: il seguente piacere mentale solitario è un caso abbastanza raro, ché nella mia modesta esperienza di osservatore di radiosondaggi non mi è mai capitata.

Perciò la persistenza può verificarsi se si ha un umidità relativa intorno ai 60% (minimo) e una temperatura almeno pari a quella riportata nel grafico NASA.

Ecco, qui è dove mi perdo. Supponi che la temperatura sia superiore alla "T max for persistence", ma l'umidità sia ancora più elevata e dunque la scia riesca a formarsi. Secondo quel grafico, non sarebbe persistente, perché la temperatura è eccessiva. Però questo è un po' in antitesi con il fatto assodato che la persistenza è legata all'umidità.

Io alla fine mi sono ricondotto al "metodo axlman" per così dire, e cioé utilizzare la curva "Tmax for persistence" come indicazione della "RHmin for persistence": se l'umidità misurata, riportata sulle curve del diagramma è a destra della curva, allora siamo in regime di persistenza.

In altre parole, penso, congetturo, ipotizzo, che quella curva sia un modo di Appleman per dirci, "regà, occhio che sottozero il 100% RHi cambia con la pressione e la temperatura, dunque, posto che la persistenza si ha con 100% RHi, controllate ogni volta che la curva dell'umidità corrispondente al caso vostro stia a destra della curva "Tmax for persistence".

Bel casino, eh?

Simone ha detto...
Questo commento è stato eliminato dall'autore.
Simone ha detto...

riposto, c'era un "o" senza "h" che mi infastidiva fisicamente ^_^

@Marko
forse non ho capito bene, ma cosa c'è di diverso da quello che ho detto io?
Dire che quella è la temperatura massima alla quale, con umidità X, si forma una scia di condensa e dire che quella è la curva di umidità relativa minima per la persistenza in presenza di una determinata temperatura è la stessa cosa. In merito all'eventualità che aumenti l'umidità e aumenti anche la T posso dirti che anche nell'articolo originale oltre una certa T le curve sono interrote anche se non è spiegato perchè. Probabilmente anche se si ha un umidità alta, la T gioca un ruolo fondamentale perciò la persistenza sopra una certa T è impossibile perchè il ghiaccio sublimerebbe troppo velocemente. Ora la NASA non specifica cosa si intenda per persistenza (quanti minuti) quindi è chiaro che la linea rossa ha un valore indicativo. Non tutte le scie che persistono lo fanno per ore quindi ci devono essere delle condizioni diverse per ogni "tipo" di persistenza. Appleman, come ho detto nell'intervento, fa un rapporto non contro il tempo, ma tra gas emesso e aria. Il rapporto diminuisce con il tempo. In quelle curve (riportate nell'articolo originale) si trovano delle T massime per varie umidità oltre le quali non c'è nè scia nè persistenza, ma le curve per 90% e 100% di Rh non sono complete non ho capito bene perchè (cercherò di approfondire). In ogni caso tutti i grafici di Appleman non sono facili da interpretare.

26 febbraio 2009 8.48

Orsovolante ha detto...

Anche quest'articolo lo scopro con colpevole ritardo.

Mi sfugge qualche cosa dove parla del rapporto tra atmosfera e gas di scarico...

Non ho capito (me ne vergogno) qual'è la grandezza messa in rapporto. La temperatura? l'umidità?

Se ho capito il concetto(ma temo non sia cosi) gas di scarico più freddi formano scie di condensa più persistenti.

Se è cosi appare normale che gli aerei dotati di motori più moderni rilascino scie persistenti con maggior frequenza che in passato.

Infatti i motoristi hanno lavorato per migliorare l'efficienza dei motori e questo si traduce in gas di scarico più freddi....

help :-)

Orsovolante ha detto...

http://www.miotti.it/index.php/item/sku/15700.html

ma il telefono incorporato serve a chiamare il NOE appena si vede la scia?

Simone ha detto...

@Orsovolante

Il rapporto è per definizione adimensionale (solo in questo caso, fisici non fucilatemi). Sostanzialmente l'aereo prende dell'aria dall'ambiente e la mischia con i gas di scarico, l'aria in uscita ha una quantità di umidità diversa da quella ambientale. Tale umidità varia al variare del rapporto di aria "presa" davanti all'aereo e gas di scarico. Lo stesso discorso si può fare per la temperatura. Chiaramente più la scia rimane nell'aria più il rapporto N di cui parla Appleman (tra aria e gas) tende a diventare identico all'aria atmosferica e quindi la scia tende a sparire o quanto meno ad uniformarsi alla situazione circostante. Come hai giustamente capito tu (ti sottovaluti) più sono freddi i gas di scarico più è probabile che si formi una scia questo perchè se prendo dell'aria fredda con X umidità, la mischio a dei gas che sono relativamente freddi e la arricchisco di umidità, appena esce dal motore questa condensa e forma la scia. Più è caldo il gas in uscita più tempo impiegherà la scia a formarsi portando così alla dispersione dell'umidità.
Ho capito e chiarito il dubbio?

markogts ha detto...

Se posso tentare di spiegare diversamente senza aggiungere entropia: il rapporto è un rapporto fra masse di aria. Facendo kg/kg vien fuori un rapporto adimensionale. Immediatamente fuori dagli ugelli, il rapporto (aria ambiente)/(gas di scarico) è zero, poi, col passare del tempo, aumenta. 150:1 significa che un kg di gas di scarico si è miscelato con 150 kg di aria ambiente.

Usare quest'unità è un escamotage per non dover affrontare l'altro problema: IN QUANTO TEMPO si miscelano i due? Quanti minuti dura una scia? Cosa è "persistente"? (quest'ultima è quasi filosofica :-) Hai voglia... Per fare questo, bisognerebbe tenere conto dell'aerodinamica della scia, vortice per vortice, e di un miliardo di altri fattori. Invece, limitandosi ad usare questo rapporto di masse, ci si riduce ad un problema facilmente ripetibile in laboratorio o su un pezzo di carta e regolo (metti tot g di gas combusti, tot aria, a tot pressione, tabellina del vapor saturo e voilà).

Orsovolante ha detto...

@Simone e Marco

Grazie delle risposte e credo di avere capito.

Quindi da una parte mi verrebbe da considerare che i motori "moderni" formano più facilmente scie persistenti perché hanno gas di scarico più freddi. Dall'altra che però, bruciando meno carburante a pari quantità di massa d'aria accelerata, dovrebbero apportare meno umidità...

mmmm ok la questione sta diventando.. filosofica :-)

markogts ha detto...

Secondo me (sottolineo, mia congettura delle 22:04), i moderni motori ad alto bypass, praticamente, ai nostri fini, è come se scaricassero aria con già un certo rapporto, un certo mixing ratio. Un trent 1000 ha circa 12 di bypass. Come dire che quello che esce dagli scarichi sono aria e gas miscelati già a 12:1. Siccome le scie si formano in certo intervallo di "mixing ratio", ecco che motori ad alto bypass arrivano prima, più spesso, più facilmente, a raggiungere questo intervallo. Finché son troppo caldi, i gas non condensano. Quando sono troppo freddi, sono anche ormai tanto diluiti da non avere più abbastanza umidità per fare condensazione (a meno che chiaramente non ci sia già tanta altra umidità da rendere la scia persistente).