戰神火箭一身「仙氣」是咋產生的？

「戰神1-X」火箭有一張酷炫到可以當桌面和頭像的「寫真」，這就是它在高空飛行時，一抹圓錐形的霧氣，如新娘身上的純白婚紗，套在「戰神1-X」火箭身上。

2009年10月28日，美國宇航局「戰神I-X」火箭從肯尼迪航天中心發射升空。

很多人好奇，這些白色的霧氣是怎麼產生的？其實，不光「戰神1-X」火箭飛行時會產生這樣的霧氣，很多戰鬥機如「F-14D」雄貓噴氣式戰鬥機，「F-22」猛禽戰鬥機，還有「FA-18」大黃蜂戰鬥機等等，這些戰鬥機在高速飛行時也會產生這樣的霧氣。

戰機高速飛行時弄出的雲彩，就像給自己穿一條白婚紗。

通常，我們把戰神火箭和戰機產生的這種現象稱為「音爆雲」，更學術更準確的叫法是「普朗特-格勞厄脫凝結雲」。

這些如「仙氣」一般纏繞在飛行器周圍的霧氣，它們到底是怎麼產生的？對於這個問題，很多資料都有解讀。然而，不少人，甚至某些文章，容易把音爆雲同另一種現象相混淆，比如下圖中這種：

超級大黃蜂戰鬥機

同樣是戰鬥機，產生的現象也類似，但卻是兩種截然不同的物理現象，像戰鬥機穿白裙子的那張叫音爆雲，而第二張，是超級大黃蜂戰鬥機做大轉彎時，形成的渦流，即大黃蜂在轉彎時，在機翼上方快速形成一個低壓帶，水蒸氣在低壓帶裡面凝結而成的緣故。

大家常把渦流和音爆雲混淆的一個原因是，它們常常同時發生。比如下面這張圖：

F-22「猛禽」戰鬥機

上圖中，機翼兩側，很對稱的白霧，就像 F-22「猛禽」新多出了一雙翅膀，這屬於音爆雲現象。而猛禽尾部，兩條細長的白霧，則屬於渦流現象，通常叫翼尖渦流。（在前幾期的「知道日報」中，這篇文章對其做了詳細解釋：飛機憑啥玩弄雲？）

那麼，音爆雲到底是怎麼產生的呢？其實，對於這個現象，學術界還沒有非常明確的定論，主流的看法是，這是飛行器跨越音速時產生的現象，跨越音速？怎講？

如神一般存在的愛因斯坦，其年輕的時候，就整天思考一些神問題：假如我追上了光的速度，會怎樣？

因為這想法，愛因斯坦創立了相對論，一舉顛覆了人類的時空觀。

現在，咱們偷偷地模仿一下，假如追上了聲音的速度，又會怎樣？

飛行器在空氣中飛行時，會對空氣造成一種擾動，就像你往平靜的湖面扔一塊石頭產生漣漪一樣。

飛行器對空氣的這種擾動，它在空氣中的傳播速度是聲速，當飛行器的速度越來越高，達到聲速時，那麼顯然，飛行器在空氣中產生的擾動不會再遠遠地跑到飛行器的前面，而是在飛行器周圍層層累積，形成激波。

圖中M代表1馬赫，也就是1倍聲速。

不難理解，大量的擾動累積在一起會對空氣造成擠壓，形成一個錐形的高壓帶，當這個高壓帶得到釋放後，氣壓瞬間變低，這會帶來溫度的驟降，於是，在潮濕的空氣里，出現水汽凝結現象，這就是我們看到的「普朗特-格勞厄脫凝結雲」。

只有在氣候條件合適的時候，飛行器在跨越音速飛行時才會產生普朗特-格勞厄脫凝結雲，但是另一種現象，只要是在大氣層中飛行，則必然發生，這就是「音爆」。

上文我們說，飛行器在空氣中飛行時，會對空氣造成一種擾動，這種擾動傳到我們的耳朵里時，其實就是飛機轟隆隆的聲音，也就是說，擾動以聲波的形式傳播。為什麼我們不直接說聲波？這是因為，當飛行器越來越快時，後來產生的擾動逐漸追上了之前產生的擾動，擾動疊加在一起，就形成了所謂的激波，激波跟聲波就不一樣了，激波是聲學能量的高度集中面，傳到我們的耳朵里時，不再是連續不斷轟隆隆的聲音，而是類似於槍聲那樣的爆炸聲。

名垂一時的超音速「協和」客機就是因為音爆擾人，遭到很多地方的政府和民眾反對，結果，一些重要的航線遲遲得不到開通，導致運營不善，最終走向末路的。

如今，在城市很難聽到飛機產生的音爆，但是在野外的時候，如果頭頂有飛機飛過，就有可能聽到。小時候，筆者就聽到過不少次，儘管飛機飛得很高，但聲音依然很響，那時不解，大人解釋，說這是飛機在空中放炮，實際上，這就是音爆。雖然現在聽到飛機音爆的機會很少，但沒關係，因為我們自己就可以製造出小音爆。

影視中，大家常會看到野外一人騎馬飛奔，同時傳來清脆的馬鞭聲，啪！啪！

這個馬鞭聲就是音爆聲，原理是，鞭子在空中快速彎折時，鞭子末端的運動速度有可能超過聲速。如果力氣稍大，掌握技巧後，用一條濕毛巾，也可以造出音爆。

剛才，我們對「普朗特-格勞厄脫凝結雲」進行了解釋，然而，這種現象極其複雜，確切的機制還沒有完全弄清楚。

有觀點認為，產生「普朗特-格勞厄脫凝結雲」不一定非得跨越音速，也就是說，就算飛行器沒有跨越聲速，普朗特-格勞厄脫凝結雲也有可能會產生。這個觀點來自一個工程科學和力學的教授M.S. Cramer。

很多事實證明，他的觀點是正確的，「B2隱形轟炸機」的巡航速度是0.85倍聲速，最高速度是0.95倍聲速（也就是0.95馬赫），雖然B2沒有超過聲速，但它也產生了普朗特-格勞厄脫凝結雲。

B2隱形轟炸機

對此，有一種解釋是，就算飛行器的速度沒有達到音速，但空氣流過飛行器時，空氣的流速也可能是音速，這是等效的。

怎麼理解呢，風洞大家都知道，就是把飛行器固定不動，然後讓高速氣流吹向飛行器，以試驗飛行器的空氣動力學。也就是說，飛行器在空氣中高速飛行，和空氣高速通過飛行器，效果是等效的。

可是為何，飛行器速度低於音速，氣流通過飛行器時，氣流速度卻能達到音速呢？一個原因是，這是飛機的形體決定的。

「B2隱形轟炸機」頭部特寫

從B2頭部的形狀可以看出，B2的機體，不光上面凸，下面也凸，於是，當水平氣流吹向B2時，會產生，類似於水流從寬寬的河面突然進入兩條窄窄的小河，導致水流速度突然大增一樣的效果。

以上，是我對「普朗特-格勞厄脫凝結雲」形成原因的粗淺解釋，由於本人能力有限，加上，學術界未能對這種現象蓋棺定論，導致不能很好地說清楚，如有解釋不恰當的地方，請多諒解。

參考資料：

1、http://web.archive.org/web/20041216141404/www.fluidmech.net/tutorials/sonic/prandtl-glauert-clouds.htm

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