9月4日上午,成都上空突然传来巨响,吓了大家一跳。有些网友描述,说自己家的窗户都被震得颤抖起来。
按照正常思维,大家都以为是天上打雷了。但当时成都天气晴朗,并没有打雷。成都市的气象工作人员有人表示听见了巨响,有人则没有听见,但对于打雷的说法是一致的,那就是没有监测到雷电。
奇怪了,这种毫无征兆和视觉效果的巨响,到底是从何而来的呢?
随后,有一家官方媒体发文猜测:这一声巨响可能来自于我国战斗机歼-20的“龙吟”。
很多人纳闷:这怎么还搞出玄幻的词语了?“龙吟”是什么意思?
实际上,这只是一种比喻,所谓的“龙吟”,指的是一种特殊的物理学现象,那就是音爆。
音爆又叫声爆,指的是超音速飞行器在突破音障的时候产生的一种冲击波,从而导致巨大声音的现象,这种现象在超音速飞机上很常见。
对于成都巨响来自歼-20的猜想是有一定道理的,大家都知道,歼-20确实是一款超音速飞机。而且成都市的气象工作人员也表示:听声音确实很像是音爆。而且歼-20又是在成都飞机工业集团生产的,这种猜想还是很合理的。
音爆在城市上空产生巨响的情况虽然不是经常发生,但偶尔出现的几次也给大家留下了很深的印象。比如2020年6月23日,成都市上空也出现了一次音爆,同时沈阳市上空也出现了一次。
歼-20是我国的第五代战斗机,在2011年1月11日实现首飞,最大起飞重量37吨,武器最大装载能力为11吨。飞机全长21.2米,高4.69米,作战半径可达2000公里。它的最大飞行高度为20000米,最大飞行速度是2马赫,也就是声速的2倍。
对于歼-20来说,通过超音速飞行产生音爆确实是一件很正常的事。至于上面所说的“龙吟”,其实只是一种比喻的手法。
那么,超音速飞机为何会产生音爆呢?
我们知道,飞机在高速飞行的时候,会在头部挤压前方的空气,使其压缩、密度增大,这叫激波,又叫冲击波。激波会给飞机带来巨大的阻力,在二战时期,科学家们一度认为这种激波的阻碍是无法突破的,当时将这种现象称为音障。
一直到了1947年,人类才首次突破了音障。在这一瞬间,飞机前后的两股激波会传播到地面,形成巨大的压力冲击,同时伴随着惊人的轰鸣声,这就是音爆的来源。不过,对于飞机上的飞行员来说,由于他已经超过了声速,所以这种音爆的声音根本追不上他,不会被他听到。
除了巨大的声音之外,大家还会看到超音速战斗机会形成壮观的音爆云,跟随着飞机前进,非常壮观。那么,音爆云是什么呢?
其实,这种现象产生的原因,是在空气含水量比较高的时候,因飞机附近局部流场温度降低至露点或露点以下,水汽在这里凝结成云团的现象,学术名称叫普朗特–格劳厄凝结云,或者简称凝结云。至于所谓的音爆云,其实是一种不准确的说法。这种凝结云一共有三种类型,分别是低亚声速不规则凝结云:
高亚声速锥形凝结云:
还有超声速锥形凝结云:
也就是说,飞机周围的凝结云,未必是在超音速的时候产生的,即便是亚超音速飞行时也会存在。
音爆听起来确实震撼,能让我们切身感受到超音速飞机的威力,但在网上听一听也就够了,如果经常出现在生活中,大家就不堪其扰了。
比如2010年的时候,我国台湾就曾经出动了F-16战机进行空中演练,飞行过程中产生了音爆。由于当时战斗机处于低空飞行状态,音爆对地面的影响非常大,以至于许多玻璃都被震碎,甚至有些日光灯都掉落在地上。如此巨大的声音,连玻璃都受不了,何况是人呢?
当声音超过90分贝的时候,就有可能给人带来听力上的伤害了。如果长期处在120分贝的噪音环境下,人体还会出现神经衰弱、听力受损、血压升高、头痛等症状。而音爆产生的噪音则达到了130~160分贝,可以想象伤害有多么巨大。
更有甚者,2005年的时候,以色列空军发现了音爆的另一种优势,对巴勒斯坦进行了“音爆轰炸”,也就是频繁在加沙地带利用超音速飞机低空飞行,通过音爆对地面进行破坏。当时许多人流鼻血、心脏病发作,甚至有一些孕妇流产,给许多儿童带来巨大的心理阴影。不得不说以色列这招真的太损了,这无异于用弹药直接轰炸平民,完全不讲人道。
当然,战斗机在城市上空超音速飞行也不是常有的事,而且音爆只出现一瞬间,离得也比较远。但是,如果未来人类想要乘坐超音速客机,就需要解决音爆的问题,防止其给乘客带来伤害了。
历史上不是没有过超音速客机,比如前苏联建造的协和式飞机,从欧洲飞到纽约仅需要不到3.5个小时,节省一半以上的时间。但由于音爆等原因,它在21世纪初就退役了。未来如果人类还想研制超音速客机,音爆是必须要解决的问题之一。
除了飞机之外,陨石也有可能产生音爆。当陨石以及高速闯入大气层时,就有可能形成强激波,穿过大气传播到地面造成局部短时超压,从而导致音爆。陨石产生音爆的原理和超音速飞机差不多,但由于速度更快,激波的形状和强度也有所不同。
除了音爆之外,还有“光爆”的现象。我们知道,真空中的光速是不可能被超越的,但是在介质中,光速会降低,它有可能被超越。如果有粒子能够在介质中超越光速,那么就有可能形成光子振波,从而发出光芒来。这种现象叫做切连科夫辐射,其原理和音爆差不多。
总之,这一次成都上空的巨大声响到底是不是来自歼-20,在官方公布消息之前,我们也不敢下定论。只能说,这种可能性还是非常高的。