Sonic boom: Τι είναι και πως δημιουργείται (φώτο)

Ένα Rafale της γαλλικής Αεροπορίας τάραξε το Παρίσι το πρωί της Τετάρτης, καθώς έσπασε το φράγμα του ήχου και δημιούργησε ένα sonic boom.

Κατά λέξη, ο όρος «sonic boom» θα μπορούσε να αποδοθεί στα ελληνικά σαν «ηχητική έκρηξη». Στην πραγματικότητα είναι ο ήχος που παράγεται όταν ένα κινούμενο μέσον υπερβαίνει -ή «σπάει» το φράγμα του ήχου. Ένα ηχητικό κρουστικό κύμα πολύ μεγάλης έντασης, αλλά πολύ μικρής διάρκειας.

Εν προκειμένω υπεύθυνο για το sonic boom ήταν ένα πολεμικό αεροσκάφος τελευταίας τεχνολογίας, το γαλλικό Rafale. Η μέγιστη ταχύτητα του οποίου είναι 2.223 χλμ/ώρα σε μεγάλο ύψος πτήσης και 1.390 σε χαμηλότερο. Το φράγμα του ήχου σε υψόμετρο περίπου όσο η επιφάνεια της θάλασσας είναι 1.239 χλμ/ώρα. Επομένως, το Rafale έχει τη δυνατότητα να πετά πιο γρήγορα από τον ήχο (σχεδόν έως 2 φορές ταχύτερα) -εξού και κατατάσσεται στα υπερηχητικά αεροσκάφη.

Το sonic boom προκαλείται από την παραβίαση του φράγματος του ήχου, όταν δηλαδή ένα κινούμενο μέσον φτάνει σε ταχύτητα το 1 Mach (Μαχ). Ένας άνθρωπος στην επιφάνεια της Γης, σχετικά ακίνητος, όπως ήταν φερ’ ειπείν εκατοντάδες χιλιάδες άτομα στο Παρίσι, αντιλαμβάνεται το sonic boom σαν τον κρότο μιας ανατίναξης. Ωστόσο, ενώ το αποτέλεσμα φαντάζει απλό, το φαινόμενο εξαιτίας του οποίου προκαλείται, είναι αρκετά σύνθετο -όσο και συναρπαστικό.

Ας πούμε ότι το αεροσκάφος είναι μια πηγή παραγωγής ήχου. Όταν οι κινητήρες, πχ του Rafale τίθενται σε λειτουργία, ο ήχος είναι πολύ δυνατός, αλλά για έναν ακροατή στο επίπεδο του εδάφους προσλαμβάνεται ως συνεχής και, κατά κάποιο τρόπο, «κανονικός» -έστω κι αν είναι ανυπόφορος χωρίς προστασία.

Ο ήχος που παράγει το ακίνητο Rafale μεταδίδεται μέσω του ατμοσφαιρικού αέρα κατά κύματα, υπό μορφήν ομόκεντρων κύκλων (με κέντρο την πηγή) αλλά όλο και μεγαλύτερης διαμέτρου. Όσο μεγαλύτερη η απόσταση του ακροατή από το αντικείμενο που παράγει ήχο, τόσο μεγαλύτερη και η διάμετρος των αόρατων κύκλων του ήχου. Και, βέβαια, τόσο μικρότερη και η ένταση του ήχου.

Όταν όμως η πηγή κινείται σε υψηλές ταχύτητες, ο ακροατής παύει να αντιλαμβάνεται ξεχωριστά τα κύματα, αλλά τα προσλαμβάνει σαν να ταυτίζονται, σαν να αγγίζει το ένα το άλλο. Αυτό που, καταχρηστικά, θα ονομάζαμε «ακουστική προοπτική» χάνεται, όσο πιο γρήγορα κινείται η πηγή του ήχου. Και όταν το εκάστοτε μέσον κινείται ταχύτερα από τον ίδιο τον ήχο, τότε αυτά τα κύματα μένουν πίσω του, μπερδεμένα σαν να είναι ένα και μόνο, τεράστιο σε μέγεθος και ένταση, ηχητικό κύμα. Και αυτό είναι το sonic boom, η ηχητική έκρηξη, στην οποίαν περιλαμβάνονται όλα τα επιμέρους ηχητικά κύματα που παράγονται από την υπερηχητική πτήση λ.χ. ενός Rafale.

Κάθε πηγή που κινείται με ταχύτητα 1 Μαχ προκαλεί ένα sonic boom. Ένα αεροσκάφος όπως το Rafale δεν αποτελεί εξ ολοκλήρου μία πηγή ήχου, αλλά πολλαπλές: Οι κύριες ηχητικές πηγές του, όπως και κάθε ιπτάμενου μέσου, είναι το ρύγχος, το πιλοτήριο, τα πλαϊνά πτερύγια και το ουραίο.

Τα συγκεκριμένα μέρη του αεροπλάνου δέχονται αυξημένη πίεση από τα σωματίδια του αέρα, με τα οποία συγκρούονται κατά την κίνηση. Οι συγκρούσεις προκαλούν ταλαντώσεις, μετατρέποντας τα μέρη του Rafale σε ηχητικές πηγές -ας πούμε σαν χορδές ενός μουσικού οργάνου ή, ακόμη καλύτερα, σαν τη μεμβράνη ενός τυμπάνου. Και όπως συμβαίνει σε μια οποιαδήποτε ακρόαση, όταν τα μεγάλα τύμπανα κρούονται, ο ήχος τους υπερκαλύπτει οποιοδήποτε άλλο όργανο. Το ίδιο γίνεται και στο αεροσκάφος που σπάει το φράγμα του ήχου: Ο θόρυβος που παράγεται από τα πτερύγια, τα πλαϊνά και της ουράς, είναι μακράν ο πιο ισχυρός, «εξαφανίζοντας» όλους τους υπόλοιπους.

Η ένταση του sonic boom, το πόσο δυνατά μπορεί να ακουστεί, εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ιπτάμενου μέσου (σχήμα, μέγεθος), από τις ιδιότητες του αέρα (θερμοκρασία, πίεση, πυκνότητα) και επίσης από τη θέση ακροατή σε σχέση με την τροχιά που ακολουθεί το αεροσκάφος. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, οι επιβάτες ενός υπερηχητικού σκάφους δεν αντιλαμβάνονται τίποτα, καθώς ταξιδεύουν μέσα στο κρουστικό ηχητικό κύμα του sonic boom.

Το Μαχ είναι μονάδα μέτρησης υπερηχητικών ταχυτήτων. Είναι ο λόγος της ταχύτητας πηγής προς την ταχύτητα του ήχου στον αέρα. Όμως, η ταχύτητα του ήχου στον αέρα εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία του, μια από τις παραμέτρους που συνθέτουν το αίνιγμα του sonic boom και γενικώς της συμπεριφοράς των κινούμενων σωμάτων σε ταχύτητες πέρα από το φράγμα του ήχου.

Το γαλλικό Rafale, φυσικά, δεν είναι το μόνο πολεμικό αεροσκάφος με δυνατότητα υπέρβασης της ταχύτητας του ήχου. Κι αν το Rafale δεν φτάνει καν έως τα 2 Μαχ, υπάρχουν διάφορα άλλα αεροσκάφη τα οποία ξεπερνούν αυτή την τιμή κατά πολύ. Το ρεκόρ, ως το ταχύτερο επανδρωμένο ιπτάμενο μέσον που κινήθηκε εντός της γήινης ατμόσφαιρας και δεν είχε προορισμό το διάστημα, ήταν το North American X-15, ένα πειραματικό σκάφος που κατασκεύασε η NASA σε συνεργασία με την πολεμική αεροπορία των ΗΠΑ. Το X-15 φτάνει τα 7.274 χλμ/ώρα ή τα 6,7 Μαχ.

Υπερηχητικό ήταν όμως και το περίφημο Concorde, ένα επιβατηγό αεροσκάφος, με μέγιστη ταχύτητα περίπου 2 Μαχ (2.180 χλμ/ώρα). Το Concorde, όπως και το ρωσικό αντίστοιχό του, το Tupolev TU-144, αποσύρθηκαν από την ενεργό δράση για πολλούς και διάφορους λόγους. Ένας εξ αυτών ήταν ότι η ιδέα των υπερηχητικών μετακινήσεων είναι επικίνδυνη, καθώς το sonic boom μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές σε κτίρια, εγκαταστάσεις κ.λπ. Γι’ αυτό, άλλωστε, απαγορεύεται η υπέρβαση του φράγματος του ήχου πάνω από κατοικημένες περιοχές -εκτός εξαιρετικών περιστάσεων, όπως στην περίπτωση του Rafale στον χειριστή του οποίου χορηγήθηκε έκτακτη, ειδική άδεια να αναπτύξει υπερηχητική ταχύτητα.

Μια ενδιαφέρουσα πτυχή της εξερεύνησης του πεδίου των υπερηχητικών ταχυτήτων έχει να κάνει με την παλαιοντολογία και την πανίδα στη Γη πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια: Επιστήμονες υποστηρίζουν τη θεωρία ότι ορισμένοι δεινόσαυροι, προικισμένοι με ουρά ιδιαιτέρως μεγάλου μήκους, τη χρησιμοποιούσαν σαν μέσον παραγωγής sonic boom. Τινάζοντάς την με ασύλληπτη δύναμη και αστραπιαία, με την ταλάντωσή της μαστίγωναν τον αέρα. Και προκαλώντας ηχητική έκρηξη ανάλογη με αυτή του Rafale, φοβέριζαν τους αντιπάλους τους στο αδυσώπητα σκληρό προϊστορικό περιβάλλον του πλανήτη μας.