華北傍晚天空出現龍狀祥雲 系快舟發射導致
「龍狀祥雲」系快舟火箭發射導致
12月7日傍晚，很多人的朋友圈都被這樣一條消息刷屏——有網友發現傍晚的天空出現了龍狀祥雲。此後不少網友紛紛在朋友圈、微博上晒圖，記錄下這一刻。
對此，微博認證為「航天科工火箭技術有限公司技術經理」的微博網友@快舟火箭首席科學家助理 ，在微博上公開「認領」稱這是今天快舟一號甲運載火箭發射所造成的火箭尾跡雲。據悉，12月7日16時52分，我國在太原衛星發射中心用快舟一號甲運載火箭，採用「一箭六星」的方式，成功將和德二號A/B衛星、天儀16/17衛星、天啟四號A/B衛星發射升空。衛星順利進入預定軌道，任務獲得圓滿成功。這也是太原衛星發射中心在6個小時之內的第二次發射，創下了中國航天發射的新紀錄。
什麼是「火箭尾跡雲」
火箭推進劑燃燒後生成的高溫、高速氣體會在尾噴管後形成具有複雜的波繫結構，包含內射流和外射流，以及邊界層。內射流是燃料燃燒所生成的高溫、高速化學反應生成物，外射流是低溫、低速的混合物氣體。
當火箭飛行高度低時，周圍大氣稠密，火箭噴流和大氣混合的結果是先膨脹後壓縮，再膨脹，如此反覆形成明顯的馬赫盤結構。尾流徑向直徑比較小，軸向長度有限。低空尾流流場可以用連續流的納維爾-斯托克斯方程建模，其典型溫度雲圖如下所示：
低空火箭尾流流場溫度雲圖
當火箭飛行高度逐漸增高時，周圍大氣逐漸稀薄，火箭噴流和大氣混合作用的結果是馬赫盤數目逐漸減少，最後消失，噴流充分膨脹，與大氣混合後會形成迴流區，尾流徑向直徑變大，軸向長度變長，形成高空雨傘結構。高空尾流流場可用稀薄氣體動力學建模，其典型速度雲圖如下所示：
高空火箭尾流流場速度雲圖
當火箭飛行速度超過音速時候，會形成兩個激波結構。一個在彈體錐形頂部，一個在尾流前部，剛開始彈體激波與尾流激波分離，當飛行高度變高以後，兩者混合，從而使得火箭尾流場變大，形成一個巨大的錐形部位。
利用空氣動力學成功解釋了火箭尾流「煙雲」的主體是錐形結構的原因，那麼煙雲遠端的蛇形尾跡是怎麼形成的呢？這是因為尾流中含有大量的三氧化二鋁粒子，這些粒徑比較小的粒子被噴口噴出後在高層大氣中所受的阻力比較小，因此能夠持續好幾公里。由於平流層和中間層之間的循環氣流，造成火箭流場遠端與空氣混合具有強烈的不穩定性，因而將尾跡吹成了螺旋狀。
在尾流後方還可能存在有大量不同複雜結構的「煙雲」。當火箭發動機類型、推進劑種類以及飛行環境不同時，火箭尾流的「煙雲」會表現出不同的尺寸與結構。
那麼為什麼我們能看到「煙雲」呢？有時甚至還是五顏六色的雲呢？其實，這一現象是由火箭升空之後留下的尾跡在陽光、氣流和昏暗天空的綜合作用下產生的特殊光學效果。
火箭尾流與大氣混合後會產生強烈的輻射，但這些輻射的主要波段在紅外區域，而我們人眼所見的火箭尾跡主要來自於尾流中含鋁的固體推進劑燃燒生成的三氧化二鋁粒子散射太陽光所致。
如果觀察者的角度比較好，而且觀察時間是日出、日落時分，就會看到「雲」在高空直射陽光、散射光的相互作用下，形成彩虹色的「五彩祥雲」。由於火箭尾流中的固體鋁顆粒與空氣中氧氣混合需要滿足燃燒條件，所以通常這些「雲」在火箭起飛階段是會不出現的，而是在高空大氣中產生。由於三氧化二鋁粒子相對氣體分子的慣性大以及高空大氣粘性小等原因，造成火箭關機後，這些「雲」還能存在，最大可維持半小時左右。
「火箭尾跡雲」此前也曾出現
比如去年4月27日20點左右也曾有「不明飛行物」在網路上刷屏，當時據目擊者稱，一個飛行器拖著長長的尾跡在華北的夜空中划出一道美妙的曲線。
當時有專家認為這很可能是小型火箭（長度在2米之內）、帶有動力的小衛星或者其它用於科學探測的小衛星所致。當然除了火箭發射之外，高超聲速導彈試驗也會造成類似「天象」。
