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长征第672次飞行:为什么火箭云只在日落后半小时出现

10月23日18时15分,太原卫星发射中心,长征六号改运载火箭点火升空,成功将遥感五十号03星送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。据央视新闻报道,这颗卫星主要用于国土普查、农作物估产和防灾减灾等领域;此次任务是长征系列运载火箭的第672次飞行。

大约5分钟后,北京西边的天空先"炸"开了一朵橘红色的云。据北京日报报道,18时20分许,不少市民拍到一团拖着长尾、形似水母的亮云;随后山东济南、青岛、泰安,以及山西、河北、陕西、天津、河南等地的网友陆续晒图。有人叫它"夜光水母",有人说这是"航天人的浪漫"。
它的学名很朴素:火箭云,也叫火箭尾迹云。北京日报的科普报道把它拆成了三件事——燃烧化学、流体力学和光学效应,合起来才叫"人造天象"。
第一件事是燃烧。长征六号改一级采用两台120吨推力的液氧煤油发动机,二级采用一台推力18吨的液氧煤油发动机。液氧与煤油剧烈燃烧,燃气温度可达3000摄氏度,主要成分是水蒸气、二氧化碳,以及少量一氧化碳、氮氧化物和未完全燃烧的碳颗粒。也就是说,火箭一边飞,一边往高空"吐"了大量水汽。
第二件事是相变与扩散。飞机尾迹云出现在万米高空,那里温度虽低,水汽仍多以过冷水滴或冰晶形式存在;而火箭要冲向大气层外,沿途气温快速下降,外界可低至约零下90摄氏度,高温水蒸气一出喷口就直接凝华成冰晶。同时大气压力持续降低,尾迹羽流迅速向外膨胀,于是从地面看去,那道尾迹变得扁而宽,像一只张开伞盖的水母。
第三件事是光。这才是"绝美"的关键。火箭云只在特定的晨昏时段出现,通常是日出前或日落后30分钟左右,这个现象有个专门的名字——暮光效应。此时地面已经暗下来,而火箭飞在高空,尾迹中的冰晶和固体颗粒仍被太阳自下而上照亮,明暗对比之下,云的边缘被镀上一层金红,颜色还会随时间从橘黄过渡到青紫。
为什么有人拍到、有人只看到一片黑?因为观测条件相当苛刻:需要视野开阔、光污染少,还要刚好朝着火箭飞行的方向。这次发射在太原,北京市民18时20分许拍到的那朵云位于西边天空,所以华北、黄淮一带朝西或西南方向更容易捕捉到尾迹;城市中心高楼密集、灯光强,反而容易错过。拍摄上也有讲究:火箭云从出现到散开往往只有几分钟,手机要提前切换到专业模式、手动压低曝光,否则一团高光会被拍成白斑;用长焦拉近,冰晶的丝缕结构才出得来。
这也不是第一次。据北京日报报道,就在5个多月前的5月12日,长征六号改发射千帆极轨09组卫星时,同样出现过"太空水母"。两次都撞上同一个条件:发射时间落在日落后不久的窗口里。随着我国航天进入常态化高密度发射阶段,即便暮光效应的形成条件十分苛刻,公众撞见火箭云的机会也在变多——不是因为天象变多了,而是因为发射变密了,撞上合适时刻的概率自然上升。
所以下次再看到天上一朵发光的"水母",不必往"异象"上想。它只是一枚火箭在正确的时间、正确的高度,恰好被最后一缕阳光照到。要做的只有两件事:抬头,然后按下快门。