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Una nube de condensación transitoria , también llamada nube de Wilson , [ 1 ] [ 2 ] es observable alrededor de grandes explosiones en aire húmedo .
Cuando un arma nuclear o un explosivo de alta potencia detona en aire suficientemente húmedo, la "fase negativa" de la onda expansiva provoca una rarefacción del aire que rodea la explosión , pero no del aire contenido en ella. El aire enrarecido se enfría temporalmente, lo que causa la condensación de parte del vapor de agua presente en él. Cuando la presión y la temperatura vuelven a la normalidad, la nube de Wilson se disipa. [ 3 ]
Mecanismo
Dado que el calor no se disipa en la masa de aire afectada, el cambio de presión tras una detonación es adiabático , con el consiguiente cambio de temperatura. En aire húmedo, la caída de temperatura en la porción más enrarecida de la onda de choque puede hacer que la temperatura del aire descienda por debajo de su punto de rocío , momento en el que la humedad se condensa y forma una nube visible de microgotas de agua. Como el efecto de presión de la onda se reduce por su expansión (el mismo efecto de presión se extiende sobre un radio mayor), el efecto del vapor también tiene un radio limitado. Este vapor también puede observarse en regiones de baja presión durante maniobras subsónicas de alta aceleración de aeronaves en condiciones de humedad.
Cámaras de niebla
El término "nube de Wilson" es una analogía basada en los principios operativos de la cámara de nubes de Wilson , un detector de partículas inventado por el físico escocés Charles Thomson Rees Wilson [ 2 ] a principios del siglo XX.
"El resultado fue la formación de una gran zona de niebla, llamada nube de condensación . Algunas personas la denominaron 'Nube Wilson', en honor a C.T.R. Wilson, quien hace cincuenta años fue pionero en el estudio de la niebla y la lluvia, y realizó miles de experimentos en los que se producían nieblas por la expansión repentina de vapor saturado." [ 2 ]
En el dispositivo original de Wilson, una cámara sellada que contiene aire sobresaturado con vapor de agua o alcohol experimenta una rápida expansión adiabática. Esta expansión provoca un enfriamiento significativo del gas, creando las condiciones propicias para la condensación del vapor. Si la radiación ionizante atraviesa la cámara en ese momento, los iones generados a lo largo de la trayectoria de la partícula actúan como núcleos de condensación, formándose diminutas gotitas visibles que revelan su recorrido. De manera similar, la onda expansiva de una gran explosión provoca una compresión inicial seguida de una rápida rarefacción (expansión) del aire circundante. Esta fase de rarefacción produce un enfriamiento adiabático significativo . Si el aire ambiente es suficientemente húmedo, este enfriamiento puede reducir la temperatura por debajo del punto de rocío, provocando la condensación del vapor de agua en una nube visible. Por lo tanto, tanto el fenómeno de la explosión como el instrumento científico implican una rápida expansión adiabática que conduce al enfriamiento y a la posterior condensación visible del vapor. Aunque los mecanismos y escalas de nucleación son diferentes (la cámara depende de iones para la formación de trazas específicas, mientras que la nube de explosión se forma debido al enfriamiento masivo con condensación, a menudo sobre aerosoles atmosféricos preexistentes), el principio físico fundamental compartido de condensación desencadenada por un enfriamiento repentino es la base de la denominación coloquial. [ 4 ]
Aparición
Pruebas de armas nucleares
Los científicos que observaron las pruebas nucleares de la Operación Crossroads en 1946 en el atolón Bikini denominaron a esa nube transitoria "nube de Wilson" porque el mismo efecto de presión se emplea en una cámara de nubes de Wilson para que la condensación marque las trayectorias de las partículas subatómicas cargadas eléctricamente . Los analistas de pruebas de bombas nucleares posteriores utilizaron el término más general de nube de condensación .
La forma de la onda de choque (influenciada por la velocidad variable a distintas altitudes), así como la temperatura y la humedad de las diferentes capas atmosféricas, determinan la apariencia de las nubes de Wilson. Durante las pruebas nucleares , se observan comúnmente anillos de condensación alrededor o por encima de la bola de fuego. Estos anillos pueden estabilizarse y formar anillos alrededor del tallo ascendente de la nube en forma de hongo . La radiación térmica de la bola de fuego, que calienta la nube superior hasta el punto de rocío y evapora las gotitas, puede acortar la vida útil de la nube de Wilson durante las explosiones nucleares en la atmósfera .
explosiones no nucleares
Cualquier explosión suficientemente grande, como la causada por una gran cantidad de explosivos convencionales o una erupción volcánica, puede crear una nube de condensación, [ 5 ] [ 6 ] como se vio en la Operación Sailor Hat [ 7 ] o en la explosión de Beirut de 2020 , donde una nube de Wilson muy grande se expandió hacia afuera desde la explosión. [ 5 ]
Aviones y cohetes
En atmósferas húmedas, a veces se observa una nube de condensación similar sobre las alas de los aviones. La parte superior del ala experimenta una disminución de la presión atmosférica como parte del proceso de sustentación . Esta disminución provoca un enfriamiento y la condensación del vapor de agua, lo que da lugar a la aparición de pequeñas nubes transitorias. El cono de vapor de un avión o cohete transónico en ascenso es otro ejemplo de nube de condensación.
Explosiones atómicas submarinas
Tras una explosión atómica submarina poco profunda, una onda de choque inicial se propaga hacia afuera. Como se describe en las observaciones del Test Baker en el atolón Bikini, después de que esta onda de choque haya pasado, puede formarse una característica "nube en forma de cúpula de gotitas de agua condensada". Este fenómeno es, de hecho, una nube de Wilson propiamente dicha . Aparece durante unos segundos y es el resultado de la rápida expansión y enfriamiento del aire detrás del frente de choque, lo que provoca la condensación del vapor de agua ambiental. [ 2 ]
Relación con otras formaciones nubosas
Esta nube de Wilson inicial se distingue de las estructuras más grandes y persistentes que se forman posteriormente, como la " nube de coliflor " y la oleada base, compuestas de agua, rocío y partículas radiactivas de la explosión. Sin embargo, los procesos de condensación también pueden contribuir a las características visibles de estas nubes posteriores. La nube primaria en forma de hongo de una explosión aérea se forma por la columna ascendente de gas caliente comprimido y restos de la bomba, en lugar de ser principalmente un fenómeno de condensación como la nube de Wilson.
Véase también
Referencias
- ↑ Defensa radiológica - Volumen 2. Universidad de Minnesota: Estados Unidos. Agencia de Apoyo Atómico de Defensa. 1951. pág. 48.
- 1 2 3 4 Estados Unidos. Fuerza de Tarea Conjunta Uno, William A. Shurcliff (1947). Bombas en Bikini: Informe oficial de la Operación Crossroads . Universidad de California. pág. 115.
{{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace ) - ↑ Glasstone, Samuel y Philip J. Dolan. Los efectos de las armas nucleares , Departamento de Defensa/Departamento de Energía de EE. UU.; 3.ª edición (1977), pág. 631
- ↑ Powell, Wilson M. (1949). "Una cámara de niebla Wilson de 22 pulgadas en un campo magnético de 21.700 Gauss" . Review of Scientific Instruments . 20 (6): 403– 407. Bibcode : 1949RScI...20..403P . doi : 10.1063/1.1741555 . hdl : 2027/mdp.39015086445593 . PMID 18151152 .
- 1 2 Howes, Laura (5 de agosto de 2020). "La química detrás de la explosión de Beirut" . Chemical and Engineering News . Recuperado el 7 de agosto de 2020 .
- ↑ Yokoo, Akihiko; Ishihara, Kazuhiro (23 de marzo de 2007). "Análisis de las ondas de presión observadas en las películas de la erupción de Sakurajima" . Tierra, Planetas y Espacio . 59 (3): 177– 181. Bibcode : 2007EP & S...59..177Y . doi : 10.1186/BF03352691 .
- ↑ "KN-11352 Operación "Sailor Hat", 1965" . Comando de Historia y Patrimonio Naval . Consultado el 7 de agosto de 2020 .
- Fenómenos físicos
- explosiones
- Tipos de nubes
- Ondas de choque
