音爆:物理現象-中文百科頻道

簡介

如果給空氣一個擾動，聲音也會象水一樣通過波的形式向外傳播，這就是聲波。大家平時聽見的聲音就是聲波傳入耳内刺激鼓膜産生的。當飛機在空中作超音速飛行時，在機頭或突出部分，也會象水中前進的快艇一樣出現一種楔形或錐形波，這就是激波。

飛機所發出的疏密狀的音波無法跑到飛機前方，所就全部疊在機身後方，形成了圓錐形狀的音錐。當向外傳播時便互相幹擾和影響，然後彙集成一道包羅機頭的音爆前激波和一道尾随機尾的後激波。這種波雖然可以用上述的楔形水波來比拟，但有着迥然不同的性質。激波的厚度很小，經過波後空氣的壓強、密度、溫度都突然升高，速度立即下降。當這兩道激波波及到無論哪個空間和物體時，均會感到這種強烈的變化，反映到人的耳朵裡，使耳鼓膜受到突然的空氣壓強變化，就感覺是兩聲雷鳴般的巨響。這種響聲就稱之為“音爆”(asonicboom)。

現象

“音爆”隻有在飛機作超音速飛行時才會出現。飛機在超音速飛行時産生的強壓力波，傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。

在突破音障時伴随的一個奇特現象便是“音爆雲”，這是由于在激波面後方由于氣壓降低而引起溫度降低，水氣凝結形成微小的水珠，看上去就像雲霧一般。這種雲霧通常隻能持續幾秒鐘，激波現身，轉瞬即逝。音爆雲是國内對這種現象的一個俗稱，較為嚴肅一點的描述為Prandtl-Glauertcondensationclouds。

因此，音爆雲常見于戰鬥機，常見于艦載機。在海面上空氣非常濕潤，激起的雲霧更大更漂亮。就像給飛機套上一件天鵝裙，不過沒有優雅的感覺，反而是近乎瘋狂。如果能親眼看到，場面一定很壯觀。

形成原因

把視線從天空轉向水面，把一粒石子投入水中，水面便會出現一圈圈漣漪，這是石子擾動水面形成的波。再看看航行的船，船頭激起了倒V字型的楔形波紋。在空氣中運動的物體與水上行船相似，隻不過二維的水面變成了三維的空間，任何在空氣中運動的物體都會擾動空氣形成波。這看起來沒什麼，但當物體運動的速度越來越快時，問題就出現了。空氣中波的運動速度是有限的，也就是音速，當物體的速度達到音速時，它激起的那些波就被物體本身趕上了，堆積起來。換句話說，就是空氣分子來不及逃開，被擠壓在了一起。喜歡玩兒水的朋友肯定對這種場景有所體會，水是溫柔無形的，不過你如果想玩一下十米跳台，那可要小心，如果玩的不甚熟練，不小心肚皮接觸了水面，溫柔的水同樣可以把你“揍”的七暈八素，肚皮青紫。如果玩兒的更驚險，來個懸崖跳水，如果姿勢不當，那跟跳樓沒什麼區别。

當飛機的速度接近音速，情況與之類似，一堵空氣牆橫在前面。無奈上火的你多麼希望自己變身綠巨人，轟隆一聲把人撞得滿天飛，哪怕胳膊上挂着七八個潮男靓女也阻擋不住你追求愛情的心。恭喜你，你悟到了超音速的真谛。隻要動力足夠充沛，結構足夠結實，外形足夠合理，被空氣牆裹住的飛機便會超過音速。此時被壓縮到極緻的空氣被穿透，産生了激波。激波是什麼你大可不必詳細了解，因為它涉及到“熵、信息、介質、場、紊流”等一系列玄而又玄的概念。你隻需知道這激波可以造成壓力的劇烈波動。這就是莫哈維沙漠上神秘巨響的來源，更通俗的名稱叫做音爆。如果你有幸聽過音爆，你會注意到它實際上是由緊鄰的兩聲巨響組成的，這分别代表了空氣被飛機前部撞開和空氣在飛機尾部閉合形成的激波。當然，由于地面和建築物的反射，那聲音更像是打雷，綿延不絕。

危害

音爆的能量巨大，一架低空超音速飛行的戰鬥機産生的音爆足以震碎門窗玻璃。有人測量過，一架在16000米高空以兩倍音速飛行的協和客機産生的音爆對地面産生的壓強高達100帕，相當于給一塊一平米左右的窗玻璃上施加10公斤的力，玻璃嘩嘩直響就不難解釋了。我們把壓強換算成更直觀的聲強，100帕大約相當于133分貝，如果你恰好身處某重金屬搖滾音樂會的大音箱旁邊，就知道133分貝的聲音會對你産生什麼樣的影響了。因此協和被禁止在陸地上進行超音速飛行，這與高昂的營運費用一起直接斷送了這種優雅的飛機的生命，2003年，所有的協和退出市場，從此天空中不再有超音速客機的身影。

“音爆”的強弱以及即對地面影響的大小，與飛機飛行高度有着直接的關系。因為，激波和水波一樣，距離越遠，波的強度也越弱。當飛機作低空超音速飛行時，不但地面的人畜能聽到震耳欲聾的巨響，影響人們的生活和工作，嚴重的還可以震碎玻璃，甚至損壞不堅固的建築物，造成直接的損失。随着飛行高度的增加，這種影響越來越弱，當超過一定的高度後，地面基本不會受到影響。

有許多人聽過音爆，但是卻很少人看過它。當飛機以超過音速的速度飛行，在飛機正好要加速穿過音障時，在飛機的周圍，有時候會有一團雲霧形成。不過，這團雲霧的成因是什麼，仍然頗有争議。

事例

有一個未經證實的傳說，上世紀五六十年代一家開在美國某空軍基地附近的養雞場老闆曾經投訴過空軍，因為他的上萬隻雞都被耍酷的飛行員用音爆震死了。前不久的以巴加沙沖突期間，以色列空軍也曾經多次夜間對加沙城實施音爆襲擾，有報道稱震壞了350個門窗，造成了兒童的恐慌。

正是因為聽到過音爆的人相對較少，所以它引發的恐慌事件也層出不窮。2006年4月26日，兩架軍用飛機超音速飛越美國亞利桑那州的尤馬市，當地的911報警電話瞬間被打爆，許多民衆報告發生了爆炸或者是地震。其實如果你仔細聽，音爆之後總是伴随着着飛機飛過的聲音，本駝小時候一直以為這是飛機在投炸彈。

如果你沒有聽過飛機的音爆，那也不要緊。其實音爆經常發生在公園裡，很多老大爺喜歡抽陀螺健身，如果不是親眼所見，你很難想象那清脆的啪啪聲是小小皮鞭發出來的。其實，這啪啪聲就是一次次小小的音爆，因為根據觀測，抽鞭子的時候鞭梢的速度已經突破了音速，這也可能是人類最早突破音速的嘗試。

影響因素

影響音爆的因素很多，例如飛行速度、高度和航線，這些因素是可以控制的，其他如氣象條件和接近地面的湍流等則是無法改變的。标準音爆常用一個N形波表示，說明飛機的頭波與尾波強度基本相同，在持續時間内為均勻膨脹。飛機的強壓力波引起地面上的壓強變化約為78帕（8公斤力/米），持續時間約為0.2秒。壓強随飛行高度增大而減弱，但影響範圍則擴大。音爆因時間短暫，對地面的影響在戶外一般不大，對室内壓強變化雖小，但經多次反射形成共鳴，持續時間較長，影響頗大。因此，在城市上空，低于1萬米高度常禁止作超音速飛行。

目前最風行的理論認為，在那瞬間四周空氣壓力驟降，發生了一種奇特效應，因此，空氣中的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。在上面這張照片中，可以看見一架F/A-18黃蜂号戰機正好穿過音障。除了飛機之外，大型流星體和航天飛機進入地球大氣時，當它們的速度降到音速以下的瞬間，也常會産生音爆。

觀察

有許多人聽過音爆，但是卻很少人看過它。當飛機以超過音速的速度飛行，在飛機正好要加速穿過音障時，在飛機的周圍，有時候會有一團雲霧形成。不過，這團雲霧的成因是什麼，仍然頗有争議。目前最風行的理論認為，在那瞬間四周空氣壓力驟降，發生了一種奇特效應，因此，空氣中的水氣就凝結成小水滴形成一團雲霧。在上面這張照片中，可以看見一架F/A-18黃蜂号戰機正好穿過音障。除了飛機之外，大型流星體和航天飛機進入地球大氣時，當它們的速度降到音速以下的瞬間，也常會産生音爆。

第一次産生

1947年10月14日上午，美國西部鳥不拉屎的莫哈維沙漠。這是晴朗的一天，除了風吹過裸露的山丘外，隻有幾條響尾蛇懶懶的在沙地上畫着S。突然，一聲巨響，真正的晴天霹靂，大地為之顫抖，不知道從哪兒冒出來一群奇怪的人，他們歡呼雀躍，把帽子扔上了天。

不久之後，一架有着炮彈般外形的橙色小飛機翩然降落在一座荒漠中的機場，從駕駛艙裡鑽出來一位英俊的小夥子，此人名叫耶格爾（C.Yeager），綽号“大塊頭”的他因為這一聲巨響永留史冊——他是第一個把聲音抛在身後的人，剛剛駕駛貝爾X-1型飛機超過了音速。

聲音炸彈

“音爆”是物體在空氣中運動的速度突破音速時産生沖擊波所引起的巨大響聲。通常它是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器跨音速飛行時造成的。

當以空軍戰機在低空沖破音障高速飛行時，強大的“音爆”響徹整個加沙走廊。據巴勒斯坦民衆介紹，這種聲響有如地震或重磅炸彈，不僅令耳朵無法承受，有時甚至連鼻子都會流血，“讓你在屋内發抖”。與此同時，巨大的震動波還導緻牆壁出現裂縫，窗戶碎裂。

以軍戰機穿越加沙上空，一共制造了28次“音爆”，有時一個晚上甚至相隔不到一個小時就發生一次。在9月的最後5天裡，以空軍曾經制造了29次“音爆”。

盡管以軍堅稱“音爆”不會造成傷害，但是據加沙醫院的醫生反映，目前已有大量巴勒斯坦婦女因此流産，比率比以往激增了4成。醫生們稱，他們找不到其他因素可以解釋這種原因。加沙社區精神衛生計劃主任薩拉加指出，以軍的恐吓做法導緻加沙普通民衆連續幾夜驚恐失眠，心力耗竭，不知所措。人們因此出現高血壓、疲倦與失眠等問題。而對于孩童而言，這種噪音更意味着危險，因為他們不像成人知道這隻是噪音，因此往往會在幼小的心靈上留下陰影。