2016年9月12日下午3点,在新西兰南部,从空传来两声低沉的声音,打破了这个地方的宁静生活。人们发现他们的房子开始颤抖,门窗嘎嘎作响……有一段时间,成千上万的人惊慌失措,互相询问:发生了什么?打给消防部门和市政部门的电话也接踵而至。
不久之后,约翰山天文台台长艾伦前往国家电视台解释,当天下午2点50分,一颗高速移动的小流星闯入距首都惠灵顿300公里的克赖斯特彻奇,在“极低天空”旅行时产生“音爆”,引起当地居民恐慌。听到发生的事情后,人们的焦虑逐渐平息了。那么,什么是所谓的音爆呢?
声波爆炸是空气体剧烈振动的自然现象。指物体在与周围空气剧烈摩擦的过程中,以音速或超音速运动产生的强烈振动空,同时产生的爆炸巨响。在自然界中,经常会发生由流星引起的音爆。
例如,早在2001年7月25日下午,印度南部喀拉拉邦的房屋突然发生震动,许多居民被极其强烈的爆炸震惊了。事件发生后,印度圣雄甘地大学的物理学家戈弗雷·刘易斯(Godfrey Lewis)进行了调查。他确认这一现象的“罪魁祸首”是一颗高速运动的陨石,它突然闯入当地空并引起音爆,使喀拉拉邦的空气体剧烈震动,甚至使地面建筑物摇晃。
2012年新年伊始,美国科学家拍摄到一个天文奇观:一个巨大的橙色火球冲进地球空,引起强烈的音爆,火球后来分裂成两个发光体。因为火球发生时离地面太高,所以忽略了它对地球的影响。
值得一提的是,人类对音爆的理解最早与飞机有关;人类为克服音爆所做的各种努力都源于战争的需要,这与空战争的历史密切相关。我们知道,早期的飞机是螺旋桨推进的,最高时速约700公里。虽然比地面上行驶的汽车要快得多,但与每小时1000多公里的音速相比,飞机还是很慢,所以从未产生过“音爆”现象。
为了提高飞机的性能,使飞机飞得更快,在空战争中有更强的战斗力,从而获得控制权空,二战期间英国、美国、德国等国政府都投入了大量的人力物力研究高速飞机。直到二战后期,更快的喷气式飞机才问世。但在喷气式飞机试飞阶段,并不是一帆风顺,而是意外事故。比如1944年7月中旬,纳粹德国王牌飞行指挥官特菲尔德少校驾驶的ME-262战斗机在加速过程中坠毁,特菲尔德当场死亡。调查显示,当飞机速度接近音速时,飞机突然失去控制。1946年9月,当著名的英国哈维兰公司首席试飞员小杰弗里将D-H-108飞机加速到音速时,机身在剧烈的震动中解体,小杰弗里不幸遇难...极少数死里逃生的飞行员报告说,当飞机达到或超过音速时,立即变得危险:周围空气剧烈颤抖,空。飞机操纵杆开始失效,于是飞机坠毁和人员死亡事件频繁发生。
这些事故的原因是“声屏障”的存在。显然,音速是超音速飞行的一个“门槛”。因此,人们生动地称之为音障。当飞机的速度接近音速时,飞机周围空空气的密度、压力、温度突然变化,空空气的阻力突然增大,形成声屏障。一旦音障被打破,空气体就会剧烈振动,从而产生音爆。后来,通过改变飞机外形设计,飞机设计师克服音障,于1947年实现超音速飞行,使超音速飞机以蓝天为荣。
所以我们现在知道,音爆发生在飞行物体克服音障的时候,它的声音与飞行物体的高度、速度、大小和形状有关。越靠近地面,音爆引起的“轰轰”隆隆声和大气震颤越强烈。文章开头提到的新西兰音爆事件,是克赖斯特彻奇一颗小流星造成的,只在棒球和篮球之间。因为它穿过天空空,在地面造成了严重的音爆。
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