0:00:05.900,0:00:10.313
多年來，人類一直都對速度很著迷。

0:00:10.313,0:00:14.746
人類的進步史也是[br]一段不斷加速的歷史，

0:00:14.746,0:00:18.611
而在這場歷史賽跑中[br]最重要的成就之一，

0:00:18.611,0:00:21.153
就是突破音障。

0:00:21.503,0:00:24.691
在飛機最早成功飛行之後不久，

0:00:24.691,0:00:29.643
飛行員們就渴望[br]不斷刷新飛行速度記錄。

0:00:29.773,0:00:32.134
但是當他們試著加速時，

0:00:32.134,0:00:37.298
亂流增加以及空氣阻力，[br]迫使他們無法再加速。

0:00:37.508,0:00:41.647
有些人試圖用危險的俯衝[br]來避開這些障礙，

0:00:41.647,0:00:43.925
結果通常都很不幸。

0:00:43.925,0:00:47.550
終於，1947年，設計上的改良，

0:00:47.550,0:00:52.202
比如可動式水平安定面，[br]也叫全動尾翼，

0:00:52.202,0:00:55.521
讓一位名叫查克耶格的[br]美國軍方飛行員

0:00:55.521,0:00:58.511
駕駛貝爾 X-1 飛機的速度

0:00:58.511,0:01:03.621
達到每小時 1127 公里。

0:01:03.621,0:01:06.794
成為第一個突破音障的人，

0:01:06.794,0:01:09.640
用比聲音更快的速度飛行。

0:01:09.720,0:01:13.929
在貝爾 X-1 之後，[br]又出現了許多超音速飛機，

0:01:13.929,0:01:17.873
後來的設計可以超過三馬赫。[br]（註：三倍音速）

0:01:17.913,0:01:21.573
以超音速飛行的飛機，[br]會產生衝擊波，

0:01:21.573,0:01:25.582
會發出雷聲般的噪音，[br]就是所謂的音爆，

0:01:25.582,0:01:29.179
會對底下的人類和動物有不良影響，

0:01:29.179,0:01:31.010
或甚至會損壞建築物。

0:01:31.070,0:01:35.080
因此世界各地的科學家[br]一直在研究音爆，

0:01:35.095,0:01:37.788
試圖預測它們在大氣中的路徑、

0:01:37.788,0:01:41.401
會落在哪裡，以及會多大聲。

0:01:41.851,0:01:45.150
為更了解科學家如何研究音爆，

0:01:45.150,0:01:48.128
咱們先從一些聲音的基本知識談起。

0:01:48.198,0:01:51.711
想像把一顆小石頭丟入一池靜水中。

0:01:51.711,0:01:53.177
你會看到什麼？

0:01:53.177,0:01:55.875
石頭引起的水波在水中移動，

0:01:55.875,0:01:58.540
朝每個方向前進的速度都相同。

0:01:58.570,0:02:02.887
這些半徑不斷增加的圓圈稱為波前。

0:02:03.337,0:02:05.904
同樣的，即使肉眼無法看見，

0:02:05.904,0:02:09.306
一個固定聲源，比如家庭音響，

0:02:09.306,0:02:12.119
會產生向外傳播的聲波。

0:02:12.119,0:02:14.330
聲波的速度取決於多種因素，

0:02:14.330,0:02:18.110
像高度和它們穿越之空氣的氣溫。

0:02:18.110,0:02:24.103
在海平面上，聲速約為[br]每小時 1225 公里。

0:02:24.303,0:02:28.370
但這裡的波前[br]不是二維平面的同心圓，

0:02:28.370,0:02:30.732
而是三維空間的同心球，

0:02:30.732,0:02:35.501
聲音會沿著與這些球面[br]垂直的路徑傳播。

0:02:35.661,0:02:39.906
現在想像一個移動的聲源，[br]如火車的汽笛。

0:02:39.906,0:02:43.034
隨著聲源不斷朝某個方向移動，

0:02:43.034,0:02:47.566
火車前方的連續聲波會被擠在一起。

0:02:47.566,0:02:52.636
波頻因而增加，[br]這就是著名的都卜勒效應，

0:02:52.636,0:02:55.729
接近中的物體聽起來的音調比較高。

0:02:55.729,0:02:59.927
但只要聲源移動的速度[br]比聲波的本身慢，

0:02:59.927,0:03:02.756
聲波就能保持一個個套疊的狀態。

0:03:02.756,0:03:07.771
當物體以超音速前進，[br]移動得比它發出的聲音更快，

0:03:07.771,0:03:10.527
情況就會截然不同。

0:03:10.527,0:03:13.200
因為它會追上它自己放出的聲波，

0:03:13.200,0:03:15.702
同時會在當下的位置[br]產生新的聲波，

0:03:15.702,0:03:19.820
聲波會被迫疊在一起，[br]形成一個馬赫錐。

0:03:19.820,0:03:22.808
當它靠近觀察者時，[br]不會聽見任何聲音，

0:03:22.808,0:03:27.478
因為該物體移動的速度[br]比它產生的聲音更快。

0:03:27.478,0:03:32.631
只有在該物體已經經過之後，[br]觀測者才會聽到音爆。

0:03:33.051,0:03:37.007
馬赫錐接觸地面時會形成雙曲線，

0:03:37.007,0:03:41.306
當它向前移動時，會拖曳出[br]一條軌跡，稱為音爆接地區域。

0:03:41.306,0:03:46.123
這樣便可判斷受音爆影響的區域。

0:03:46.253,0:03:49.303
那要如何得知音爆的強度呢？

0:03:49.303,0:03:52.869
這就涉及如何解出著名的[br]納維爾－斯托克斯方程，

0:03:52.869,0:03:56.265
來算出因為超音速飛機通過空氣，

0:03:56.265,0:03:59.356
而在空氣中造成的壓力變化。

0:03:59.356,0:04:03.853
這導致壓力特徵「N 波」。

0:04:03.853,0:04:05.483
這形狀有什麼意義？

0:04:05.483,0:04:09.506
當壓力突然改變時，就會發生音爆，

0:04:09.506,0:04:11.918
而 N 波和兩次音爆有關：

0:04:11.918,0:04:15.497
第一次發生在飛機[br]機鼻的初始壓力上升，

0:04:15.497,0:04:18.349
另一次是在機尾穿過的時候，

0:04:18.349,0:04:20.947
然後壓力就會突然返回正常狀態。

0:04:20.957,0:04:23.130
這會導致雙重音爆，

0:04:23.130,0:04:26.286
但人耳通常只能聽到一次音爆聲。

0:04:26.636,0:04:29.878
在實做上，利用這些[br]原則建立的電腦模型

0:04:29.888,0:04:34.443
通當可以針對給定的[br]大氣條件和飛行軌跡，

0:04:34.443,0:04:37.436
來預測音爆的位置和強度，

0:04:37.626,0:04:40.738
目前還有關於減低[br]音爆影響的研究在進行中。

0:04:40.738,0:04:45.139
在這之前，仍然禁止[br]以超音速飛過陸地上空。

0:04:45.599,0:04:48.572
所以，音爆是近期[br]才創造出來的產物嗎？

0:04:48.572,0:04:50.088
不完全是。

0:04:50.088,0:04:52.516
雖然我們試著尋找[br]讓音爆靜音的方式，

0:04:52.516,0:04:56.185
其他少數幾種動物已經懂得[br]運用音爆的好處了。

0:04:56.185,0:05:00.954
巨大的梁龍也許能[br]猛力揮擊牠的尾巴，

0:05:00.998,0:05:05.557
速度比音速還快，[br]達每小時 1200 公里，

0:05:05.557,0:05:07.797
目的可能是為了威懾掠食者。

0:05:07.867,0:05:12.437
某些類型的蝦子可以[br]在水中製造類似的衝擊波，

0:05:12.437,0:05:15.693
只需要彈一下巨型的鉗子，

0:05:15.693,0:05:19.493
就能驚嚇甚至殺死遠處的獵物。

0:05:19.733,0:05:22.723
所以，雖然人類對速度的持續追求

0:05:22.723,0:05:24.313
已經有巨大的進展，

0:05:24.413,0:05:27.603
結果發現，大自然早就搶先了一步。