[科普中国]-音爆

“音爆”是物体在空气中的相对运动速度向上突破达到1马赫临界点时就会出现。通常情况下，多为飞行器在超音速飞行时产生的强压力波，传到地面上形成如同雷鸣的爆炸声。在突破音障时伴随的一个奇特现象便是“音爆云”，这是由于在激波面后方由于气压增加而压缩周围空气，使水气凝结形成微小的水珠，看上去就像云雾一般。这种云雾通常只能持续几秒钟，激波现身，转瞬即逝。音爆云是国内对这种现象的一个俗称，较为严肃一点的描述为Prandtl-Glauert condensation clouds(普朗特-格劳厄脱凝结云)。

声音在空气中的传播像水中投入石子产生的水波一样，通过波的形式向外传播，这就是声波。我们平时听见的声音就是声波传入耳内使鼓膜震动而产生的。当飞机在空中作超音速飞行时，在机头或突出部分，也会像水中前进的快艇一样出现一种楔形或锥形波，这就是激波。飞机所发出的疏密状的音波无法跑到飞机前方，所以就全部叠在机身后方，形成了圆锥形状的音锥。当它们向外传播时便互相干扰和影响，然后汇集成一道包罗机头的音爆前激波和一道尾随机尾的后激波。这种波虽然可以用上述的楔形水波来比拟，但有着迥然不同的性质。激波的厚度很小，经过波后空气的压强、密度、温度都突然升高，速度立即下降。当这两道激波波及到无论哪个空间和物体时，均会感到这种强烈的变化，反映到人的耳朵里，使耳鼓膜受到突然的空气压强变化，就感觉是两声雷鸣般的巨响。这种响声就称之为“音爆”(sonic boom )。

影响音爆的因素很多，例如飞行速度、高度和航线，这些因素是可以控制的，其他如气象条件和接近地面的湍流等则是无法改变的。标准音爆常用一个N形波表示，说明飞机的头波与尾波强度基本相同，在持续时间内为均匀膨胀。飞机的强压力波引起地面上的压强变化约为78帕（8公斤力/平方米），持续时间约为0.2秒。压强随飞行高度增大而减弱，但影响范围则扩大。音爆因时间短暂，对地面的影响在户外一般不大，对室内压强变化虽小，但经多次反射形成共鸣，持续时间较长，影响颇大。因此，在城市上空，低于1万米高度常禁止作超音速飞行。 目前最风行的理论认为，在那瞬间四周空气压力骤增，发生了一种声波密部叠加效应，因此，空气中的作为介质的水气就凝结成小水滴形成一团云雾。

音爆的能量巨大，一架低空超音速飞行的战斗机产生的音爆足以震碎门窗玻璃。一架在 16000米高空以两倍音速飞行的协和客机产生的音爆对地面产生的压强高达100帕，相当于给一块一平米左右的玻璃窗上施加10公斤的力，玻璃哗哗直响就不难解释了。我们把压强换算成更直观的声强，100帕大约相当于133分贝，相当于恰好身处某重金属摇滚音乐会的大音箱旁边。因此协和被禁止在陆地上进行超音速飞行，这与高昂的营运费用一起直接断送了这种优雅的飞机的生命，2003年，所有的协和退出市场，从此天空中不再有超音速客机的身影。“音爆”的强弱以及对地面影响的大小，与飞机飞行高度有着直接的关系。因为，激波和水波一样，距离越远，波的强度也越弱。当飞机作低空超音速飞行时，不但地面的人畜能听到震耳欲聋的巨响，影响人们的生活和工作，严重的还可以震碎玻璃，甚至损坏不坚固的建筑物，造成直接的损失。随着飞行高度的增加，这种影响越来越弱，当超过一定的高度后，地面基本不会受到影响1。

有许多人听过音爆，但是却很少人看过它。 当飞机以超过音速的速度飞行，在飞机正好要加速穿过音障时，在飞机的周围，有时候会有一团云雾形成。这团云雾便是之前所说的音爆云2。

“音爆”是物体在空气中运动的速度突破音速时产生冲击波所引起的巨大响声。 通常它是由超音速战斗机或其他超音速飞行器跨音速飞行时造成的。

飞行器飞行造成的音爆可以对地面产生一定的影响，当飞行器飞行高度不高时会产生巨大的声响，这种声响有如地震或重磅炸弹，不仅令耳朵无法承受，有时甚至连鼻子都会流血，“让你在屋内发抖”。与此同时，巨大的震动波还导致墙壁出现裂缝，窗户碎裂。同时可以作为一种心理战术，导致民众惊恐失眠，心力耗竭，不知所措，因此出现高血压、疲倦与失眠等问题。3

首例人类有意识地突破音爆是在1947年10月14日上午，美国西部莫哈维沙漠，除了风吹过裸露的山丘外，只有几条响尾蛇懒懒的在沙地上画着S。突然，一声巨响，真正的晴天霹雳，大地为之颤抖，不知道从哪儿冒出来一群奇怪的人，他们欢呼雀跃，把帽子扔上了天。不久之后，一架有着炮弹般外形的橙色小飞机翩然降落在一座荒漠中的机场，从驾驶舱里钻出来一位英俊的小伙子，此人名叫耶格尔（C. Yeager），绰号“大块头”的他因为这一声巨响永留史册——他是第一个把声音抛在身后的人，刚刚驾驶贝尔X-1型飞机超过了音速 。