林心小筑

流星引发的巨大声响——音爆,这所谓的音爆,是什么科学现象呢?

2016年9月12日下午3时许,在新西兰南部地区,从空中传来两声“嘣嘣”的闷响,打破了这地方的平静生活。人们发现,他们的房屋开始颤抖,门窗上的玻璃在咯咯作响……一时间,数以千计的人被惊动,他们相互询问:到底发生了什么?打进消防、市政等部门的电话也此起彼伏。

不久过后,约翰山天文台台长艾伦到国家电视台解释说,一颗高速运动的小流星,于当天下午2时50多分,闯入距首都惠灵顿300千米远的克赖斯特彻奇市,在“极低的天空”穿行时产生了“音爆”,从而造成当地居民惊慌失措。听到事情的原委之后,人们的不安情绪才逐渐平复。那么,这所谓的音爆,到底是怎么回事呢?

音爆是一种空气剧烈振动的自然现象。它是指以音速或超音速运动的物体,在与周边空气剧烈摩擦过程中,所产生的强烈的振动,以及同时产生的爆破式的巨大响声。在自然界,流星引发的音爆时有发生。

如早在2001年7月25日下午,印度南部喀拉拉邦的房屋突然晃动起来,许多居民被极强的爆炸声所震慑。事情发生后,印度圣雄甘地大学物理学家戈弗雷·路易斯进行了调查研究。他证实,这一现象的“祸首”是一颗高速运动的陨星,这颗陨星突然闯入当地上空后引发音爆,使喀拉拉邦的空气剧烈震动,甚至使得地面建筑物摇晃。

2012年新年伊始之时,美国科学家拍摄到一则天文奇观:一团巨大的橘红色火球冲进地球上空,引发了很强的音爆,火球后来分裂成两个发光体。由于火球发生时离地面太高,其对地球的影响未受重视。

值得一提的是,人类对音爆的认识,最早和飞机有关;人类为战胜音爆所做的各种努力,最早是出于战争需要,它与空战的历史紧密相连。我们知道,早期的飞机由螺旋桨推进,其最高时速约为700千米,虽说它比地上跑的汽车快得多,但与时速超过每小时1000多千米的声速相比,飞机仍然很慢,故从未产生“音爆”现象。

为了提高飞机的性能,让飞机飞得更快,在空战的时候具有更强的战斗力,以取得制空权,英、美、德等国政府在二战期间,均投入大量人力、物力研究高速飞机。直到第二次世界大战后期,速度更快的喷气式飞机才问世。可是在喷气式飞机的试飞阶段,并非一帆风顺,而是事故连连。如1944年7月中旬,纳粹德国王牌飞行指挥官泰菲尔德少校驾驶的ME-262战斗机在加速过程中坠毁,泰菲尔德当场死亡,调查显示,飞机速度接近声速时突然失控。1946年9月,英国著名的哈维兰公司首席试飞员小杰弗里,将D-H-108型飞机加速到声速时,机身在剧烈振动中解体,小杰弗里不幸遇难……极少数死里逃生的驾驶员报告说,当飞机达到或超过声速后,立刻险象环生:周围空气剧烈颤动,空气阻力大得像一堵“墙”;飞机操纵杆也开始不灵便,所以机毁人亡事故频频发生。

之所以发生这些事故,就是因为“音障”的存在。显然,飞机在超声速飞行中,音速是个“门坎”。所以,人们形象地称之为音障。飞机的速度逼近音速的时候,飞机周围的空气的密度、压强、温度均发生突变,空气阻力猛然增大,这就形成了音障。一旦突破了音障,空气就会剧烈振动,从而引发音爆。后来,飞机设计师通过改变飞机外形设计,于1947年克服了音障,实现了超音速飞行,使得超音速飞机得以笑傲蓝天。

所以,我们现在知道了,音爆是飞行物在克服音障的一刹那发生的,其声音与飞行物的高度、速度、大小形状均有关。越是贴近地面飞行,音爆引起的“嘣嘣”闷响和大气震颤越强烈。在文章开头所说的新西兰音爆事件,起因于克莱斯特彻市上空的小流星,这颗小流星的体积仅在棒球到篮球之间,由于它是从离地面极低的天空穿过,所以才在地面上引起了严重的音爆现象。

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