برای اولین بار؛ مشاهده‌ی ادغام امواج ضربه‌ای
تصویری از ادغام امواج ضربه‌ای فراصوت
مجله علمی ایلیاد - دو هواپیمای جت نیروی هوایی آمریکا که سریع‌تر از صوت در حال حرکت بودند، آن‌قدر به هم نزدیک بودند که امواج ضربه‌ای ناشی از آن‌ها با یکدیگر ادغام شد و ناسا این صحنه را ثبت کرد. وقتی هواپیما در هوا حرکت می‌کند، هوای روبه‌روی خود را هل می‌دهد و امواجی را تولید می‌کند. اما وقتی هواپیمایی سریع‌تر از سرعت صوت حرکت می‌کند، یعنی سریع‌تر از ۱،۲۳۵ کیلومتر بر ساعت، سریع‌تر از امواجی که ایجاد می‌کند، حرکت کرده است. چون مولکول‌های هوا نمی‌توانند همگام با سرعت آن حرکت کنند، حالت فشرده به خود می‌گیرند. این کار باعث افزایش قابل توجه و سریع فشار در جلوی هواپیما می‌شود؛ لذا نوع جدیدی از موج پدید می‌آید؛ موج ضربه‌ای فراصوت.
اگرچه انسان‌ها نمی‌توانند این امواج ضربه‌ای را ببینند، اما وقتی از جو زمین عبور می‌کنند، امکان شنیدن صدای ادغام‌شان برای ما وجود دارد. در این رویداد اخیر، فناوری عکاسی هوا به هوای ناسا، موفق شد عکس‌هایی از اموج ضربه‌ای ناشی از جت‌های آمریکایی تهیه کند. جت‌های تی-۳۸ آمریکایی در فاصله‌ی ۹ متر از یکدیگر در حال پرواز بودند و اختلاف ارتفاع ۳ متری داشتند.
امواج ضربه‌ای در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه‌ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هوا است که می‌تواند به لایه‌های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج، فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می‌شود، موج‌هایی در آب به‌وجود می‌آیند که به سمت خارج در حال حرکت هستند؛ این امواج، نتیجه‌ی افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه‌ای از ملکول‌های آب است که قادر به انتقال به لایه‌های دیگر نیز است و امواج ضربه‌ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آن‌ها در سیالی دیگر به جای آب، به‌نام هوا، تشکیل می‌شوند.
در سرعت‌های نزدیک سرعت صوت، فرضیه‌ی غیرقابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به ۱۶درصد می‌رسد که مقداری غیرقابل چشم‌پوشی است. در این سرعت‌ها هوای جلوی بال یا لبه‌ی حمله، به شدت متراکم شده و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد، همین مساله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه‌ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را بر هم می‌زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می‌کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال حرکت است، از آن دور می‌شوند.
این عکس‌ها نشان می‌دهد که امواج ضربه‌ای در زمان برهم‌کنش با یکدیگر چگونه دچار تحریف و خمیدگی می‌شوند. «جی.تی.هاینک» فیزیکدان در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در کالیفرنیا، می‌گوید: «هرگز فکر نمی‌کردیم عکس‌ها این قدر زیبا، شفاف و واضح باشند.» ما همچنین موفق به تهیه‌ی عکسی از امواج ضربه‌ای فراصوت شدیم که یک هواپیمای جت تی-۳۸ ایجاد کرده بود. نام آن عکس را هم «لبه‌ی چاقو» گذاشتیم. امواج ضربه‌ای تولید شده توسط این هواپیمای جت به خطوط صاف شباهت دارد.
دوربینِ مورد استفاده با بهره گیری از مدل‌های قبلی بهبود پیدا کرده است و میدان دید عریض‌تری دارد. این دوربین می‌تواند ۱،۴۰۰ فریم در ثانیه ثبت کند. عکس‌های تهیه شده بخشی از سری پروازهای ناسا هستند که هدف‌شان عکس‌برداری از امواج ضربه‌ای با کیفیت بالا است؛ این عکس‌ها به دانشمندان کمک خواهد کرد تا نحوه‌ی ایجاد امواج ضربه‌ای و برهم‌کنش آن‌ها را درک کنند. ناسا و لاکهید مارتین اِسکانک ورکس در حال طراحی هواپیمایی به‌نام « X-59 Quiet Supersonic Technology X-Plane» هستند. با درک نحوه‌ی شکل‌گیری و برهم‌کنش امواج ضربه‌ای در هوا، مهندسان امیدوار هستند نشان دهند که هواپیمای فراصوت می‌تواند بی‌صدا شود. این هواپیماهای بی‌صدا شاید روزی قانون‌گذاران را مجبور کنند محدودیت‌های اعمال شده بر پرواز هواپیماهای فراصوت را بردارند.
نوشته: یاسمین اسپلاکگلو
ترجمه: منصور نقی‌لو – مجله علمی ایلیاد