飛機雲為什麼有的很快消失、有的卻能留很久？
― 關鍵在高空空氣的「濕潤程度」
抬頭看天空，飛機飛過之後，有時會留下一道白色的線（飛機雲）。這道白線有時輕輕一下就消失了，有時卻會在天上停留好幾個小時，慢慢擴散，變得像一片雲。同樣是飛機雲，為什麼消失的方式差這麼多呢？
晴天抬頭看飛機時，你是否見過機身後面拖著一條筆直的白線呢？這條線有時很快就消失，有時卻會賴在天上好一陣子，向四周擴散，變成薄薄的一片雲。
飛機的飛法和引擎的構造都沒有太大差別，為什麼每天留下的時間會差這麼多呢？
飛機引擎排出的廢氣含有水蒸氣，在高空的冷空氣中會瞬間結凍，變成小小的冰粒。
一般認為，周圍空氣已經潮濕時冰粒會留下來，乾燥時則很快蒸發消失。
接下來，我們依序來看「周圍空氣的濕潤程度」是如何成為關鍵的。
飛機雲的真面目：排氣中的水蒸氣結凍成的冰粒
飛機的噴射引擎在燃燒燃料時，會把水蒸氣當作廢氣排出。數千到一萬公尺高空的空氣，溫度低至零下數十度，非常寒冷。廢氣中的水蒸氣一碰到這種冷空氣，就會瞬間結凍，變成無數細小的冰粒（冰晶）。一般認為，這就是我們眼中那道白線——飛機雲的真面目。
為什麼高空形成的冰粒有時很快就消失
剛形成的冰粒，如果周圍空氣很乾燥（水蒸氣很少），就會立刻變回氣體（水蒸氣）。固體不經過液體、直接變成氣體的現象，稱為「昇華」。在乾燥的空氣中，冰粒不斷昇華，飛機雲一下子就看不見了。
取決於當時、那個高度的空氣有多潮濕。
為什麼有些飛機雲能留很久
相反地，如果周圍空氣已經很潮濕（含有大量水蒸氣），情況就不同了。空氣中的水蒸氣如果已經「接近飽和」，冰粒就很難變回氣體，會一直維持原樣。不僅如此，周圍的水蒸氣還會繼續附著在冰粒上，使冰粒長大，讓飛機雲越來越粗、越來越寬。這樣形成的飛機雲，隨著時間被風吹散，有時會變成像天然卷雲一樣的薄薄條狀雲。
有人指出，留存很久並擴散開來的飛機雲（航跡卷雲），可能像毛毯一樣，讓地表散出的熱量不易逃向太空。目前已有研究在探討，能否透過調整航班的路線和高度，來減少這種影響。
自己就能驗證的事
- 在晴朗、看得到飛機雲的日子，觀察並記錄飛機雲在天上停留了多久
- 從同一天的天氣預報等資料，確認當天的濕度，以及降雨、陰天是否正在接近
- 連續記錄幾天，比較飛機雲留得久的日子和很快消失的日子，天氣有什麼不同
一般也有飛機雲留得久，之後天氣容易變差的說法，這被認為和高空的濕氣有關。
總結
飛機雲是排氣中的水蒸氣在高空冷空氣裡結凍而成的無數冰粒。周圍空氣乾燥時，冰粒會很快昇華消失。相反地，周圍空氣潮濕時，冰粒不會消失，還會吸收周圍的水蒸氣長大，成長為拖著長尾巴的飛機雲，一般是這樣認為的。
飛機雲的長度，是飛機留下的紀錄，記載著當天、那個高度的空氣有多「濕潤」。
想知道更多的人 ― 用語、數值與教科書的關聯從國中理化到研究中的議題，都明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化學到的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」學到的範圍
- 高中＋高中教科書中進階、專欄性質的內容
- 大學高中沒教、大學專業課程（雲物理學）的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教，目前研究者正在探究的議題
國中用語：與飛機雲有關的詞彙
- 水蒸氣：變成氣體的水，肉眼看不見。
- 昇華：固體不經過液體，直接變成氣體的現象（或相反的過程）。
- 濕度：表示空氣中含有多少水蒸氣的比例。
高中用算式驗證：從濕度判斷飛機雲會不會留下來
決定飛機雲能否留很久的，是冰粒會長大還是消失。這個分界點，我們就從高空的濕度實際算算看。
| 用符號寫 | RH冰 ＝ （e ÷ e冰） × 100 |
| 用文字寫 | 相對於冰的濕度 ＝ 空氣中的水蒸氣壓 ÷ 冰表面達到平衡時的水蒸氣壓 × 100 |
| 這個式子從哪來 | 在冰的表面，飛出去的水分子和回來的水分子處於平衡。這個平衡時的壓力就是飽和水蒸氣壓，它隨溫度變化的方式由克勞修斯－克拉珀龍方程式決定。水分子要從冰脫離，比從水面脫離需要更多能量，所以在相同溫度下，冰的平衡壓力比較低。 |
| RH冰 | 相對於冰的濕度。單位是百分比 |
| e | 空氣中的水蒸氣壓。單位是百帕 |
| e冰 | 冰表面達到平衡時的水蒸氣壓。單位是百帕 |
| 飛機飛行高度的氣溫 | 約 −50 ℃ |
| 該溫度下，冰的平衡壓力與水的平衡壓力之比 | 約 0.62 |
| 乾燥空氣的例子（天氣預報等使用的、相對於水的濕度） | 40 % |
| 潮濕空氣的例子（同樣是相對於水的濕度） | 70 % |
| 對冰剛好達到飽和時，相對於水的濕度 | 0.62 × 100 ＝ 62 |
| 乾燥空氣相對於冰的濕度 | 40 ÷ 0.62 ≒ 64.5 |
| 潮濕空氣相對於冰的濕度 | 70 ÷ 0.62 ≒ 112.9 |
③ 換成實際感受：相對於水的濕度超過 62% 是分界點。濕度 40% 的空氣，相對於冰的濕度只有約 64.5%，冰粒會昇華消失，這就是很快消失的飛機雲。濕度 70% 的空氣則約為 112.9%，冰粒會吸收周圍的水蒸氣而長大，這就是能留上幾十分鐘並擴散的飛機雲。在地面的感覺裡「70% 並不算很潮濕」，但對冰來說卻是濕到有餘，這正是這個計算有趣的地方。
※ 比值 0.62 是 −50℃ 附近的參考值。溫度越高越接近 1，分界點的濕度也會跟著升高。
高中＋「相對於冰的濕度」這個更精細的想法
要詳細探討飛機雲的冰粒會不會不融化、留下來時，多半會使用相對於冰的濕度（以冰表面達到平衡的水蒸氣量為基準的比例），而不是相對於水的濕度。一般認為，相對於冰的濕度越高的空氣，冰粒越不容易昇華，飛機雲也越容易持續。
大學雲物理學處理的冰晶形成與成長
在雲物理學領域，研究者探討的是：排氣中的微粒（煤煙等）如何扮演冰粒開始形成的起點（凝結核、冰晶核）。一般認為，這些微粒的性質和數量，會改變形成的冰粒的數量與大小。
飛機雲究竟能不能形成的條件，有個名稱叫施密特－阿普爾曼判據。它是在引擎排氣與外界空氣混合的過程中，判斷相對於水是否曾經超過飽和，而判斷的基礎就是克勞修斯－克拉珀龍方程式。形成後的雲能否留存，則由上面算出的相對於冰的濕度（冰過飽和）決定。
📖 算式的推導與更進一步的內容：克勞修斯－克拉珀龍方程式（日文維基百科） ／ 飛機雲（日文維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 擴散開來的飛機雲（航跡卷雲）對全球氣候有多大影響，是氣候科學領域至今仍持續研究的議題。
- 如何選擇對氣候影響較小的飛行路線與飛行高度，也正由航空工程與氣象學兩方面進行研究。
- 研發更精確預測高空濕度分布，進而預測飛機雲生成與持續的技術，也仍在進行中。
即使是天空中輕輕劃過的一道飛機雲，背後也藏著雲物理學與氣候科學交會、至今仍在研究的豐富主題。
與教科書的關聯（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・水的狀態變化 | 水蒸氣、昇華、濕度的基本用語 |
| 高中 | 地球科學基礎・濕度 | 求出相對於冰的濕度，判斷留存條件的計算 |
| 高中＋ | 地球科學・雲的形成（進階） | 相對於冰的濕度這個概念 |
| 大學 | 雲物理學 | 排氣微粒形成冰晶核 |
| 研究 | 氣候科學・航空工程（研究中） | 航跡卷雲的氣候影響、飛行路線最佳化 |
- 地球科學相關教科書中，關於濕度與飽和水蒸氣量的解說。
- 氣象學相關資料中，關於飛機雲（航跡雲）生成條件的解說。
- 雲物理學領域中，關於冰晶核形成的研究回顧。
- 氣候科學領域中，關於航跡卷雲輻射影響的研究回顧。
- 航空工程相關資料中，關於以飛行路線最佳化來減輕氣候影響的研究解說。
※ 水蒸氣量與濕度的數值，是為了幫助理解原理的參考值。實際飛機雲的持續時間，一般認為會隨氣溫、濕度、風等許多條件而改變。
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。觀察天空時，請注意不要直視太陽，也要留意周遭的安全。