01
エンジンなしで飛ぶ
ここに見えているのはグライダーです。飛行機と同じように長い翼と操縦桿とペダルがありますが、エンジンはありません。ウインチか曳航機で300〜1200mほどの高さまで上がったら、あとは自分だけで飛びます。押してくれるものが何もないので、グライダーはいつも空気の中を沈み続けています。ただ、そのペースはとてもゆっくりです。
つまり、上へ行くには、グライダーが沈むより速く昇る空気を見つけるしかありません。静かな空気の中なら、現代のグライダーはわずか0.5m/sほどしか沈みません。だから2m/sで昇る空気に入れば、1.5m/sで上昇します。パイロットは、日に温められた地面の上、風の当たる山の斜面、山の風下にできる波の中で、昇る空気を見つけます。それを次々に乗り継げば、とても遠くまで飛べます。フリーディスタンスの世界記録は3,009kmです。
モデルは45分間の周回飛行を、早回しで1周します。グライダーは暖かい畑の上のサーマルで雲の下まで上昇し、山の尾根まで滑空し、斜面沿いに、続いてその上の山岳波で上昇してから、高速で帰ってきます。景色は縮めてあり、グライダーも実物よりずっと大きく描いていますが、表示される高度、速度、上昇率は本物です。高度は谷底から測っています。
モデルをドラッグすると視点を回せます。モデルの上でスクロールすると拡大・縮小できます。読み進めるにつれて、表示も本文に合わせて変わります。
02
なぜ落ちないのか
飛んでいるグライダーには3つの力がはたらきます。シーンでは矢印で示しています。重力は機体を真下へ引きます。抗力、つまり空気の押し返しは、機体を後ろへ引き止めます。モデルでは、見やすいように抗力の矢印を実際よりずっと長く描いています。滑空比1 : 50なら、抗力は重さの50分の1しかありません。揚力は翼から生まれます。翼は小さな角度で空気に当たり、流れを下へ曲げます。翼が空気を下へ押すと、空気は翼を上へ押し返します。さらに翼の上を通る空気は速くなるので、翼の上の圧力は下より低くなります。これは同じ現象の2つの見方です。
エンジンがないので、グライダーはゆるやかな下り坂を飛びます。飛ぶ道筋が下へ傾いているので、重さのごく一部が道筋に沿って機体を前へ引きます。重力がエンジンで、高度が燃料なのです。失う高さに対してどれだけ遠くへ進めるかが滑空比です。1 : 50なら1m下がるごとに50m進むので、静かな空気の中なら高さ1000mから50km飛べます。
上でグライダーを選んでみましょう。練習機はSchleicher ASK 21で、翼幅17mの複座機、滑空比は1 : 34です。競技機はJonker JS3で、翼幅15mと18mがあり、滑空比は1 : 50と1 : 57です。秘密は細長い翼にあります。とても小さな抗力で揚力を生み出せるのです。比べてみると、大型旅客機はおよそ1 : 15〜1 : 20、ハンググライダーは約1 : 15、パラグライダーは約1 : 10です。
今度は対気速度のスライダーを動かしてみましょう。JS3がいちばんよく滑空するのは約105〜120km/hで、軽いときはその下のほうです。重さは坂の傾きを変えません。翼に最大約200Lの水を積むと、同じ坂をより速く、その上のほうの速さで滑空します。それより速く飛ぶと、沈下率が速度より速く増えるので、滑空比は下がっていきます。それでも18mのJS3は200km/hで約1.4m/sしか沈まず、滑空比はまだ1 : 40です。
03
暖かい空気は昇る
太陽は地面を均一には温めません。黒っぽい畑や町、日の当たる斜面は、草地や湿った地面より早く温まり、その上の空気も温めます。暖かい空気はまわりの冷たい空気より軽いので、地面を離れて昇っていきます。途切れない柱になることもあれば、泡が連なることもあります。グライダーのパイロットは、この昇る空気をサーマルと呼びます。
サーマルの幅はふつう150〜300mです。中心ほど速く昇り、風に流されて傾きます。1m/s未満なら弱く、1〜2.5m/sなら平均的、3m/s以上なら強いサーマルです。ここでは黒い畑の上で約2.7m/sで昇り、尾根のほうへ傾いています。
サーマルの中にとどまるため、パイロットは約45°のバンク、90km/hで旋回します。1周は約16秒、直径は約127mで、いちばん強く昇る中心の近くにいられるほど小さな円です。ふつうのバンクは30〜45°です。それより深くすると沈下が大きくなるので、それを大きく超えることはめったにありません。
サーマルの中でも、グライダーは沈み続けています。まわりの空気が昇る速さより、ゆっくり沈んでいるだけです。正味の上昇は、空気の上昇からグライダーの沈下を引いたものです。表示には3つとも出ています。空気の上昇、自機の沈下、正味の上昇で、ここでは正味約2.2m/sです。こうしてグライダーは7分半で500mから1500mまで上がります。
04
雲が上昇気流のありかを教える
昇る空気は100mごとに約1°C冷えます。空気には目に見えない水蒸気も含まれています。露点とは、その水蒸気が小さな水滴に変わる温度のことです。サーマルが昇るにつれて、気温はどんどん下がりますが、露点は少ししか下がらず、やがて両者が出会います。そこで水蒸気が凝結し、サーマルのてっぺんに積雲ができます。
雲の平らな底は、それが起こる高さを示しています。その日の雲は、どれも底がほぼ同じ高さにそろいます。目安となる経験則があり、地上の気温と露点の差1度につき約125mです。この日の差は12°Cなので、雲底は1500mです。スライダーを動かしてみましょう。
すべてのサーマルに雲があるわけではありません。乾いた日には空気が露点まで冷えず、サーマルは見えないままです。こうしたブルーサーマルも、同じくらい強いことがあります。別の日には、雲が風の向きに沿って長い列に並びます。これをクラウドストリートと呼び、列の間隔は雲の高さの約3倍です。グライダーはこの列に沿って、ほとんど旋回せずに遠くまで飛べます。
雲が多すぎるのは困りものです。雲が広がると地面が日陰になり、サーマルは弱まるか消えてしまいます。よい雲の下では、パイロットは雲底のいちばん暗く輪郭のはっきりした部分をめざします。そこがよく昇ることが多いからです。そして雲底のすぐ下で離れます。グライダーが雲底に近づくと、表示が一時停止します。再生ボタンを押すと続きが見られます。
05
山にぶつかる風
風が長い尾根にぶつかると、通り抜けられないので、風に向いた斜面に沿って押し上げられます。この昇る空気の帯が斜面上昇風で、尾根の上までのびています。長い尾根ほどよく効きます。ぽつんと立つ丘では、空気はたいてい横を回りこんでしまいます。
グライダーは尾根のすぐ上に着きます。尾根は谷底から1100mの高さで、そのすぐ上がいちばんよく昇る場所です。斜面に沿って90km/hで行ったり来たりし、端では必ず斜面から離れる向きに旋回し、斜面に向かっては決して曲がりません。ここでは空気が約1.5m/sで昇るので、グライダーは約1m/sで上昇し、1150mから1400mまで上がります。
斜面上昇風には、約28km/h以上の安定した風が、斜面にほぼ正面から、ずれても30〜45°以内で吹くことが必要です。ここでの風は30km/hです。この上昇風は尾根の高さの2〜3倍まで届くことがあります。太陽はいらず、風さえあればよいので、サーマルが弱まる夕方になっても使えます。
長くまっすぐな尾根は、グライダーにとって高速道路のようなものです。アメリカ東部のアパラチア山脈の尾根では、山並みに沿って飛んで戻ってくる飛行で、パイロットたちが世界記録を打ち立ててきました。シーンで、空気が斜面を吹き上がる様子と、グライダーが旋回のたびに斜面から離れていく様子を見てください。
06
山岳波に乗る
山を越えた風は、その後ろで落ち着くとは限りません。空気が安定していると、山の風下で上下に波打ちます。川の水が岩の上を流れるときと同じです。波の山どうしの間隔は3〜30kmになることがあり、風が中を吹き抜けていくあいだも、波そのものは地面に対して止まっています。これが山岳波で、どんなサーマルよりもずっと高くグライダーを運べます。
最初の波の山の下には、荒れて渦巻く空気の帯、ローターがあります。ぼろぼろのローター雲がその目印になることもあります。その上の流れはなめらかです。波のてっぺんには、レンズの形をしたレンズ雲ができることがあります。風がまっすぐ吹き抜けているのに、この雲はその場から動きません。
グライダーは尾根から山岳波の昇る側へ移り、風に向かって機首を向けます。風は高いところほど強く、ここではグライダーが飛ぶのとほぼ同じ速さで吹いているので、機体は地上の同じ地点の上にとどまります。空気は約2.8m/sで昇り、グライダーは約2.3m/sで上昇して、8分で1400mから2500mまで上がります。これは穏やかな波です。山岳波では1.5〜6m/sの上昇がよくあり、2018年9月2日には、グライダーのPerlan 2がアルゼンチン上空の波に乗って22,657m（74,334フィート）に達し、グライダーの高度世界記録を打ち立てました。
山岳波で高く昇るパイロットは、空気が薄いので酸素ボンベから酸素を吸います。帰り道、グライダーは山岳波の沈む側を横切ります。そこでは空気が約2.5m/sで下がり、空気の上昇の表示はマイナスになります。沈む空気の中では速く飛ぶほうが得なので、200km/hで一気に通り抜け、4分で約1560mまで下がり、そのあとは谷を越えて落ち着いて滑空しながら帰っていきます。