Γιατί ένα αεροπορικό ταξίδι προς τα δυτικά διαρκεί περισσότερο;

Εισαγωγή

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί μια πτήση διαρκεί περισσότερο προς τα δυτικά από την αντίστοιχη διαδρομή προς τα ανατολικά; Γιατί τις περισσότερες φορές τα αεροπλάνα δεν ακολουθούν μια ευθεία γραμμή μεταξύ της αφετηρίας και του τελικού προορισμού; Συγκρίνετε τους χρόνους των περισσότερων πτήσεων με τις επιστροφές τους και θα το επαληθεύσετε και μόνοι σας. Θα μπορούσε να πει κάποιος ότι τα αεροπλάνα σε αυτήν την κατεύθυνση ταξιδεύουν αντίθετα της φοράς περιστροφής της Γης. Η εξήγηση έχει να κάνει με την περιστροφή της Γης, αλλά τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά όσο θα νομίζει κανείς.

Η ταχύτητα περιστροφής της Γης στο Ισημερινό φτάνει ως και τα 1.000 χιλιόμετρα την ώρα. Μαζί όμως με την επιφάνεια της Γης περιστρέφεται και η ατμόσφαιρα που βρίσκεται από πάνω της, άρα και ότι βρίσκεται μέσα σε αυτήν, ο αέρας, τα νέφη και φυσικά και τα αεροπλάνα.

Ατμοσφαιρική Κυκλοφορία

Η εξήγηση δίνεται από την Ατμοσφαιρική Κυκλοφορία, το παγκόσμιο σύστημα ανέμων μεγάλης κλίμακας μέσω των οποίων επιτυγχάνεται η απαραίτητα μεταφορά θερμότητας από τους τροπικούς στα μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη.

Η ατμοσφαιρική κυκλοφορία οφείλεται στην περιστροφή της Γης και στην ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειάς της. Ο Ήλιος αποτελεί τη βασική πηγή θερμότητας και λόγω της κλίσης της Γης, της κύρτωσής της, της ατμόσφαιρας, των νεφών και των πάγων στους πόλους, η θερμότητα αυτή δεν κατανέμεται το ίδιο σε όλα τα μέρη του πλανήτη. Αυτό δημιουργεί μια μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των πόλων και του Ισημερινού, αλλά η παγκόσμια ατμοσφαιρική κυκλοφορία παρέχει ένα φυσικό σύστημα κλιματισμού που εμποδίζει τον ισημερινό να γίνεται θερμότερος και τους πόλους ψυχρότερους.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

αεροπορικό
Σχήμα 1: Ανομοιόμορφη θέρμανση της επιφάνειας της Γης από τις ακτινοβολίες του Ηλίου. Πηγή: https://www.opengeography.org/

Σε κάθε ημισφαίριο υπάρχουν τρία κύτταρα (κύτταρο Hadley, κύτταρο Ferrel και Πολικό κύτταρο) στα οποία ο αέρας κυκλοφορεί σε όλο το βάθος της τροπόσφαιρας ακολουθώντας μια συγκεκριμένη πορεία.

Κύτταρο Hadley

Πρόκειται για τα μεγαλύτερα κύτταρα κυκλοφορίας που εκτείνονται από τον Ισημερινό έως περίπου 300  με 400  βόρεια και νότια. Στα κύτταρα Hadley, οι αληγείς ανέμοι πνέουν προς το Ισημερινό, όπου θερμαίνονται και ανέρχονται στην ατμόσφαιρα σχηματίζοντας την Ενδοτροπική Ζώνη Σύγκλισης (Intertropical Convergence Zone – ITCZ) που είναι υπεύθυνη για την πλειάδα των τροπικών καταιγίδων. Από τις κορυφές αυτών των καταιγίδων, ο αέρας πνέει προς τα μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη, όπου βυθίζεται για να δημιουργήσει περιοχές υψηλής πίεσης πάνω από τους υποτροπικούς ωκεανούς και τις καυτές ερήμους του κόσμου, όπως η έρημος Σαχάρα στη Βόρεια Αφρική και η Έρημος της Αυστραλίας.

Κύτταρο Ferrel

Στα μεσαία αυτά κύτταρα κυκλοφορίας, ο αέρας συγκλίνει σε χαμηλά υψόμετρα και κινείται προς τους πόλους μέχρις ότου ανυψωθεί σε γεωγραφικό πλάτος περίπου 60ο με 70ο βόρεια και νότια. Ο αέρας αυτός επιστρέφει και βυθίζεται στις υποτροπικές περιοχές όπου ενώνεται με τον βυθιζόμενο αέρα του κυττάρου Hadley. Το κύτταρο Ferrel έχει αντιθετη κατεύθυνση από τα άλλα δύο κύτταρα κυκλοφορίας και μπορούμε να το σκεφτούμε σαν ένα ενδιάμεσο γρανάζι. Ο επιφανειακός άνεμος θα έπρεπε να πνέει από νότια κατεύθυνση στο βόρειο ημισφαίριο και από βόρεια στο νότιο ημισφαίριο. Ωστόσο, η δύναμη Coriolis  εκτρέπει τον αέρα προς τα δεξιά στο βόρειο ημισφαίριο και προς τα αριστερά στο νότιο ημισφαίριο προκαλόντας τον σχηματισμό της ζώνης των δυτικών ανέμων (westerlies) στα μέσα γεωγραφικά πλάτη.

αεροπορικό
Σχήμα 2: Παγκόσμια ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Πηγή: https://en.wikipedia.org/

Πολικό Κύτταρο

Τα μικρότερα και πιο αδύναμα είναι τα Πολικά κύτταρα που εκτέινονται από γεωγραφικό πλάτος περίπου 60ο με 70ο βόρεια και νότια, μέχρι τους πόλους. Εκεί, περισσότερη ενέργεια χάνεται στο διάστημα από ότι κερδίζεται από τον Ήλιο, λόγω της υψηλής ανακλαστικότητας των πάγων. Άρα ο αέρας ψύχεται, συρικνώνεται και κατέρχεται εμποδίζοντας τη δημιουργία νεφών και κατακριμνήσεων. Στη συνέχεια, ο επιφανειακός αέρας κινείται εξωτερικά των πόλων, αποκλίνει λόγω της δύναμης Coriolis και δημιουργεί τη ζώνη των ανατολικών ανέμων (easterlies).  Οι επιφανειακοί δυτικοί ανέμοι των μέσων γεωγραφικών πλατών συναντούν τους ανατολικούς ανέμους στα γεωγραφικά πλάτη 60ο με 70ο σχηματίζοντας έτσι το πολικό μέτωπο, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή βαθμίδα θερμοκρασίας. Τελικά ο αέρας ανέρχεται πάνω από το πολικό μέτωπο για να ολοκληρώσει τόσο τον κύκλο του πολικού κυττάρου, όσο και του κυττάρου Ferrel. Μέσα από το πολικό μέτωπο διαχέονται ψυχρές αέριες μάζες προς τις υποτροπικές περιοχές και στη συνέχεια μέσω του κυττάρου Hadley προς τον Ισημερινό, δημιουργώντας έτσι ισοζύγιο της ατμοσφαιρικής μάζας στην ατμόσφαιρα.

Δύναμη Coriolis

Ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο έχει μια δύναμη κάθετη στον άξονα περιστροφής , αυτή είναι η δύναμη Coriolis. Αυτή η δύναμη ωθεί τους ανέμους προς τα ανατολικά στο βόρειο ημισφαίριο και προς τα δυτικά στο νότιο ημισφαίριο. Η ισχύς της σχετίζεται με την ταχύτητα περιστροφής. Τα σημεία πιο κοντά στον Ισημερινό περιστρέφονται γρηγορότερα από τα σημεία κοντά στους πόλους, καθώς έχουν μεγαλύτερη διαδρομή να διασχίσουν σε κάθε περιστροφή στον ίδιο χρόνο.

Αεροχείμαρροι (Jet Streams)

Μεταξύ των κυττάρων κυκλοφορίας δημιουργούνται οι γνωστοί αεροχείμαρροι. Πρόκειται για λεπτά, αλλά πολύ ισχυρά δυτικά ρεύματα αέρα σε μεγάλα υψόμετρα, που δημιουργούν κυματοειδείς μοτίβα από σφήνες υψηλών πιέσεων και αυλώνες χαμηλών πιέσεων στην ανώτερη Τροπόσφαιρα, τα λεγόμενα κύματα Rossby. Δημιουργούνται από συνδυασμό της ατμοσφαιρικής θέρμανσης και της περιστροφής του πλανήτη γύρω από τον άξονά του.

Πιο συγκεκριμένα, οι ισχυρότεροι αεροχείμαρροι είναι οι Πολικοί (Polar Jet) και παρουσιάζονται σε ύψος από 7.000 – 12.000 μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας. Οι υψηλότεροι και κάπως ασθενέστεροι αεροχείμαρροι είναι οι Υποτροπικοί (Subtropical), συνήθως σε ύψος 10.000 – 16.000 μέτρα από την επιφάνεια της θάλασσας. Συνηθέστερα, εκδηλώνονται πάνω από περιοχές μεσαίων γεωγραφικών πλατών και σε πολυπληθέστερο αριθμό στο Βόρειο ημισφαίριο παρά στο Νότιο, όπου κρίνονται περιορισμένοι.  Το μήκος τους κυμαίνεται μεταξύ 1.600 και 5.000 χιλιομέτρων, το πλάτος τους μεταξύ 160 και 500 χιλιομέτρων, και το υψομετρικό πάχος τους μεταξύ 1,6 και 5 χιλιομέτρων.

αεροπορικό
Σχήμα 3: Τροπικοί (μπλε) και Υποτροπικοί (κόκκινο) Αεροχείμαρροι. Πηγή: https://www.sciencephoto.com/

Εξήγηση

Οι αεροχείμαρροι παίζουν σημαντικό ρόλο στα αεροπορικά ταξίδια, καθώς ο χρόνος πτήσης μπορεί να επηρεαστεί δραματικά, αναλόγως με το αν το αεροπλάνο πετάει μέσα σε έναν αεροχείμαρρο ακολουθώντας την ίδια κατεύθυνση με αυτόν (προς τα ανατολικά), οπότε επιταχύνεται ή πετάει ενάντια σε αυτόν (προς τα δυτικά) οπότε επιβραδύνεται. Οι αναταράξεις αέρα, ένας δυνητικός κίνδυνος για τα αεροσκάφη, συχνά βρίσκονται κοντά σε αεροχειμάρρους.

Οι αεροπορικές εταιρείες εξετάζουν τα μοτίβα των αεροχειμάρρων κάθε μέρα και αλλάζουν ανάλογα τις διαδρομές για τις πτήσεις τους.

Οι πιλότοι όταν ακολουθούν αυτά τα μοτίβα των αεροχειμάρρων κερδίζουν ταχύτητες που κυμαίνονται συνήθως από 130 έως 220 χιλιόμετρα ανά ώρα, εξοικονομώντας χρόνο, καύσιμο και χρήματα.


Πηγές που χρησιμοποιήθηκαν για το άρθρο:

Διαδίκτυο
  1. Met Office, ανακτήθηκε από https://www.metoffice.gov.uk/, τελευταία επίσκεψη 29/11/2021
  2. Wikipedia, the free encyclopedia, ανακτήθηκε από https://el.wikipedia.org/, τελευταία επίσκεψη 29/11/2021
  3. Physics4u – H Φυσική στο Δίκτυο, ανακτήθηκε από http://www.physics4u.gr/, τελευταία επίσκεψη 29/11/2021
Βιβλιογραφία
  1. Μακρογιάννης Τ.Ι., Σαχσαμάνογλου Χ.Σ., Μαθήματα Γενικής Μετεωρολογίας, Θεσσαλονίκη, 2004, Εκδόσεις ΧΑΡΙΣ

Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Χρήστος Γιαννακλής

Φυσικός, 23 ετών, με πτυχίο από το Πανεπιστήμιο Πατρών και μέλος του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας μέσω του μεταπτυχιακού προγράμματος 'Εφαρμοσμένη Μετεωρολογία & Φυσική Περιβάλλοντος'. Hobbies: Αθλητισμός, μουσική, κινηματογράφος.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;