Khi tốc độ máy bay nhanh hơn cả âm thanh, một tiếng nổ vang rền như sấm sét sẽ xuất hiện: Đó chính là tiếng nổ siêu thanh. Các nhiếp ảnh gia của NASA đã chụp được hình ảnh tiếng nổ này. Cụ thể hơn, đó là hình ảnh khi các sóng xung kích xuất hiện .
Để có thể chụp lại khoảnh khắc "bức tường" âm thanh bị phá vỡ, NASA sử dụng các máy bay Super King Air được trang bị động cơ phản lực cánh quạt bay ở vận tốc 250km/h, độ cao 10.000m. Sau đó, các máy bay siêu thanh T-38 bay phía dưới Super Air King khoảng 600m tăng tốc và đạt vận tốc vượt âm, tạo ra bối cảnh cho các nhiếp ảnh gia “ra tay”.
Hình ảnh dưới đây cho người xem thấy được một chiếc T-38 phá vỡ "bức tường" âm thanh như thế nào.
Chiếc máy bay T-38 đang phá vỡ bức tường âm thanh. Ảnh: NASA.
“Chúng tôi ngồi trên Super King Air, dùng máy ảnh độ phân giải cao để chụp lại những gì xảy ra bên dưới", Dan Banks, kỹ sư nghiên cứu cấp cao tại Trung tâm nghiên cứu Arm Armrong của NASA ở Edwards, California cho biết.
"Các sóng xung kích hình thành khi máy bay siêu thanh di chuyển trong không trung, gần giống như sóng hình cung trước một chiếc thuyền đang chạy nhanh", Banks giải thích.
Về cơ bản, không khí không thể tự tránh đường máy bay đi tới. Nhiều lớp không khí nén lại như vậy tạo thành sóng xung kích. Trong hình ảnh trên, chiếc T-38 đang hoạt động ở tốc độ Mach 1.01, vượt quá tốc độ âm thanh. (Mach 1 là tốc độ âm thanh, tốc độ tuyệt đối (km/h hay m/s) thay đổi tùy theo độ cao của máy bay. Điều này có nghĩa tốc độ âm thanh ở 1.000m sẽ khác tốc độ âm thanh ở 10.000m).
Sóng xung kích có thể chụp lại được vì sự thay đổi mật độ không khí. Thay đổi mật độ gây ra sự biến đổi trong chỉ số khúc xạ, cũng giống như một cái muỗng sẽ bị biến dạng khi nhìn thấy nó chìm trong cốc nước. Trong trường hợp sóng xung kích đi qua sa mạc, bạn sẽ thấy chúng làm biến dạng nền sa mạc, giống như khi nhìn thấy các làn hơi nước bốc lên trên mặt đường nóng giữa trưa.
Cả 2 máy bay cùng phá vỡ bức tường âm thanh, khi các sóng xung kích chưa giao thoa với nhau. Ảnh: NASA.
NASA phải chụp nhiều tấm ảnh và ghép lại, bởi có tấm chụp rõ sóng xung kích thì chụp máy bay không rõ và ngược lại. "Trông chiếc máy bay rất quái dị. Bằng cách kết hợp tấm ảnh đó với một số ảnh khác thể hiện rõ các mặt phẳng, rồi tô màu cho chúng, chúng tôi có thể tạo ra ảnh trên”, Banks nói.
Nguyên nhân của việc chụp hình này do NASA đang chế tạo một chiếc máy bay có tên X-59 QueSST. Mục tiêu đặt ra cho chiếc máy bay là đạt tới vận tốc siêu thanh nhưng lại im lặng, khử đi tiếng nổ siêu thanh lẫn các âm thanh ồn ào khác khi bay vượt âm.
NASA hy vọng nghiên cứu trên sẽ đạt được mục tiêu đề ra, một khi họ đã hình dung ra những gì sẽ xảy ra với sóng xung kích siêu thanh.
