飛行機雲は、なぜすぐ消えるものと長く残るものがあるの？
― 上空の空気の「湿り具合」が決め手
空を見上げると、飛行機が通ったあとに白い筋（飛行機雲）が見えることがあります。この筋、すぐにふわっと消えてしまう日もあれば、何時間も空に残り、だんだん広がって雲のようになる日もあります。同じ飛行機雲なのに、なぜこれほど「消え方」が違うのでしょうか。
晴れた日に飛行機を見上げたとき、機体のうしろにまっすぐな白い筋が伸びているのを見たことがあるでしょうか。この筋は、すぐに消えてしまう日もあれば、しばらく空に居座り、まわりに広がって、うすい雲のシートのようになる日もあります。
飛行機の飛び方も、エンジンのしくみも、そう大きくは変わらないはずなのに、なぜ日によって、これほど残り方が違うのでしょうか。
飛行機のエンジンから出る排気ガスには水蒸気が含まれており、上空の冷たい空気の中で瞬時に凍って、小さな氷の粒になるとされています。
まわりの空気がすでに湿っていれば氷の粒は残り、乾いていればすぐに蒸発して消えてしまうと考えられています。
この「まわりの空気の湿り具合」が決め手になるしくみを、順番に見ていきます。
飛行機雲の正体：排気ガスの水蒸気が凍った氷の粒
飛行機のジェットエンジンは、燃料を燃やすときに水蒸気を排気ガスとして出しているとされています。上空数千〜1万メートル付近の空気は、氷点下数十度という、非常に冷たい状態です。この冷たい空気の中に排気ガスの水蒸気が触れると、瞬時に凍りつき、無数の小さな氷の粒（氷晶）になります。これが、私たちの目に白い筋として映る、飛行機雲の正体だとされています。
なぜ、上空でできた氷の粒がすぐ消えることがあるのか
できたばかりの氷の粒も、まわりの空気が乾いていると（水蒸気が少ないと）、すぐに気体（水蒸気）へと戻っていってしまいます。固体が液体を経ずに直接気体になる、この現象は「昇華」と呼ばれています。乾いた空気の中では、氷の粒がどんどん昇華して、飛行機雲はあっという間に見えなくなってしまうというわけです。
そのとき、その高さの空気が、どれだけ湿っていたかで決まるのです。
なぜ、長く残る飛行機雲があるのか
一方、まわりの空気がすでに湿っている（水蒸気を多く含んでいる）場合は、事情が変わります。空気がすでに水蒸気で「いっぱいに近い」状態だと、氷の粒はなかなか気体に戻れず、そのままの姿を保ち続けます。それどころか、まわりの水蒸気が氷の粒にさらにくっついて、粒が成長し、飛行機雲がどんどん太く、広く育っていくこともあるとされています。こうしてできた飛行機雲は、時間とともに風で広がり、まるで自然の巻雲のような、薄いすじ状の雲に変わっていくことがあります。
長く残って広がった飛行機雲（コントレイル・シーラス）は、地表から出ていく熱を宇宙へ逃げにくくする、毛布のようなはたらきをする可能性があると指摘されています。航空機の飛行ルートや高度を工夫することで、この影響を減らせないかという研究が進められています。
自分で確かめられること
- 晴れて飛行機雲が見える日に、飛行機雲がどれくらいの時間、空に残っていたかを観察・記録する
- 同じ日の天気予報などで、その日の湿度や、雨・くもりが近づいているかどうかを確認する
- これを何日か繰り返し、飛行機雲が長く残った日と、すぐ消えた日とで、天気にどんな違いがあったか比べてみる
一般に、飛行機雲が長く残る日は、その後天気が崩れやすいという言い伝えもあり、上空の湿り気と関係があると考えられています。
まとめ
飛行機雲は、排気ガスの水蒸気が上空の冷たい空気で凍ってできる、無数の氷の粒です。まわりの空気が乾いていれば、氷の粒はすぐに昇華して消えてしまいます。逆にまわりの空気が湿っていれば、氷の粒は消えずに残り、まわりの水蒸気を取りこんで成長し、長く尾を引く飛行機雲へと育っていくと考えられています。
飛行機雲の長さは、飛行機が置き土産にした、その日その高さの空気の「湿り具合」の記録なのです。
もっと知りたい人へ ― 用語・数値・教科書とのつながり中学理科から研究中の話題まで、どのレベルの話かを明示しています
- 中学中学校の理科で習う範囲
- 高校高校の「地学基礎」で習う範囲
- 高校＋高校の教科書の発展・コラム扱いの内容
- 大学高校では習わない、大学の専門科目（雲物理学）の内容
- 研究大学でも「定説」として教わらない、いま研究者が調べている最中の話
中学用語：飛行機雲をめぐる言葉
- 水蒸気：気体になった水。目には見えない。
- 昇華：固体が液体を経ずに、直接気体に変わる現象（またはその逆）。
- 湿度：空気にどれだけ水蒸気がふくまれているかを表す割合。
高校式で確かめる：その飛行機雲が残るかどうかを、湿度から見分ける
飛行機雲が長く残るかどうかを決めるのは、氷の粒が育つか、それとも消えていくかです。その分かれ目を、上空の湿度から実際に計算してみます。
| 記号で書くと | RH氷 ＝ （e ÷ e氷） × 100 |
| 言葉で書くと | 氷に対する湿度 ＝ 空気中の水蒸気の圧力 ÷ 氷の表面でつり合う水蒸気の圧力 × 100 |
| どこから来る式か | 氷の表面では、飛び出す水分子と戻る水分子がつり合っています。そのつり合いの圧力が飽和水蒸気圧で、温度によるその変わり方はクラウジウス・クラペイロンの式で決まります。氷から飛び出すには水面から飛び出すより多くのエネルギーが要るため、同じ温度でも氷のほうがつり合いの圧力は低くなります。 |
| RH氷 | 氷に対する湿度。単位はパーセント |
| e | 空気中にある水蒸気の圧力。単位はヘクトパスカル |
| e氷 | 氷の表面でつり合う水蒸気の圧力。単位はヘクトパスカル |
| 飛行機が飛ぶ高さの気温 | およそ −50 ℃ |
| その温度での、氷のつり合いの圧力と水のつり合いの圧力の比 | およそ 0.62 とされます |
| 乾いた空気の例（天気予報などで使う、水に対する湿度） | 40 % |
| 湿った空気の例（同じく、水に対する湿度） | 70 % |
| 氷にとってちょうど飽和になる、水に対する湿度 | 0.62 × 100 ＝ 62 |
| 乾いた空気の、氷に対する湿度 | 40 ÷ 0.62 ≒ 64.5 |
| 湿った空気の、氷に対する湿度 | 70 ÷ 0.62 ≒ 112.9 |
③ 実感に直すと：水に対する湿度が62%を超えたところが分かれ目です。湿度40%の空気では、氷に対する湿度は約64.5%にしかならず、氷の粒は昇華して消えます。これがすっと消える飛行機雲です。湿度70%の空気では約112.9%となり、氷の粒はまわりの水蒸気を取りこんで育ちます。こちらが、何十分も残って広がっていく飛行機雲です。地上の感覚では「70%はそれほど湿っていない」のに、氷にとっては余るほど湿っている、というところがこの計算の面白さです。
※ 比の値0.62は −50℃ 付近での目安です。温度が上がるほど1に近づき、分かれ目の湿度も上がっていきます。
高校＋「氷に対する湿度」という、より詳しい考え方
飛行機雲の氷の粒がとけずに残るかどうかを詳しく考えるときは、水に対する湿度ではなく、氷に対する湿度（氷の表面でつり合う水蒸気量を基準にした割合）が使われることが多いとされています。氷に対する湿度が高い空気ほど、氷の粒が昇華しにくく、飛行機雲が持続しやすいと考えられています。
大学雲物理学が扱う、氷晶の形成と成長
雲物理学の分野では、排気ガス中の微粒子（すす等）が、氷の粒ができ始めるきっかけ（凝結核・氷晶核）としてどう働くかが研究されています。こうした微粒子の性質や量によって、できる氷の粒の数や大きさが変わると考えられています。
飛行機雲がそもそもできるかどうかの条件には、シュミット・アップルマンの条件という名前が付いています。エンジンの排気が外の空気と混ざっていく途中で、水に対して一度でも飽和を超えるかどうかを判定するもので、判定の土台になるのがクラウジウス・クラペイロンの式です。できた雲が残るかどうかは、上で計算した氷に対する湿度（氷過飽和）で決まります。
📖 式の導出や、さらに先の内容：クラウジウス・クラペイロンの式（ウィキペディア日本語版） ／ 飛行機雲（ウィキペディア日本語版）
研究まだ、はっきりしていないこと
- 広がった飛行機雲（コントレイル・シーラス）が、地球全体の気候にどれだけの影響を与えているかについては、気候科学の分野で、いまも研究が続けられているテーマです。
- 気候への影響が少なくなるような、飛行ルートや飛行高度の選び方についても、航空工学と気象学の両面から研究が進められています。
- 上空の湿度分布をより正確に予測し、飛行機雲の発生・持続を予測する技術の開発も続けられています。
空にすっと伸びる飛行機雲にも、雲物理学と気候科学が交わる、いまも研究が続く豊かなテーマが隠れています。
教科書とのつながり（レベル別）
| レベル | 科目・単元 | この記事のどこ |
|---|---|---|
| 中学 | 理科・水の状態変化 | 水蒸気・昇華・湿度の基本用語 |
| 高校 | 地学基礎・湿度 | 氷に対する湿度を求め、残る条件を見分ける計算 |
| 高校＋ | 地学・雲のでき方（発展） | 氷に対する湿度という考え方 |
| 大学 | 雲物理学 | 排気微粒子による氷晶核形成 |
| 研究 | 気候科学・航空工学（研究中） | コントレイル・シーラスの気候影響、飛行ルート最適化 |
- 地学関連の教科書における、湿度・飽和水蒸気量に関する解説。
- 気象学関連の資料における、飛行機雲（航跡雲）の発生条件に関する解説。
- 雲物理学分野における、氷晶核形成に関する研究レビュー。
- 気候科学分野における、コントレイル・シーラスの放射影響に関する研究レビュー。
- 航空工学関連の資料における、飛行ルート最適化による気候影響低減の研究に関する解説。
※ 水蒸気量や湿度の数値は、しくみを理解するための目安の値です。実際の飛行機雲の持続時間は、気温・湿度・風など多くの条件によって変わることがあるとされています。
※本記事は一般向けの科学解説です。空を観察する際は、太陽を直接見ないよう注意し、周囲の安全にも気を配ってください。