メガピクセル：ソニックブームの見た目

ソニックブームという言葉を聞いたことがあるでしょう。ソニックブームとは、超音速の航空機が頭上を飛んだときに耳に届く大きな音のことです。しかし、音速を超える速度で飛行することで生じる衝撃波の画像は、音がなくても見ごたえがあります。上の画像では、NASA がカリフォルニア上空を音速よりわずかに速い速度で飛行する 2 機の T-38 航空機を撮影しています。

この画像を撮影するために、NASA は高度 30,000 フィートで約 160 mph の指示対気速度で飛行するスーパー キング エア ターボプロップ機を使用しました。前後に約 30 フィート、垂直方向に 10 フィート離れた 2 機の超音速ジェット機は、画像を撮影した時点でキング エアより約 2,000 フィート下を飛行していました。

キングエアの腹部には開閉可能なポートがあり、そのポートの1つに写真撮影機材が配置され、下向きに撮影できるようにした。

「我々は高解像度、高速のカメラを持っており、砂漠の地面を撮影しています」と、カリフォルニア州エドワーズにあるNASAアームストロング飛行研究センターの上級研究エンジニア、ダン・バンクスは言う。「そして、標的の航空機、この場合はT-38が、その下を飛行します。」

下の画像の 1 つでは、横転した T-38 が音速の壁を破っているのがわかります。この場合、射撃を行っているターボプロップ機はまだ超音速ジェット機の上にありましたが、T-38 は横転していました。

衝撃波は超音速機が空中を飛行する際に発生し、まるで高速船の船首波のようだとバンクス氏は説明する。「空気は基本的に自分の邪魔にならないようにすることができません」と同氏は言う。「自然はそれに対処するために衝撃波を発生させます」。上の画像では、T-38はマッハ1.01で飛行しており、これは音速をわずかに超える速度だ。（マッハ1は音速で、実際には航空機の高度によって変化する。）

衝撃波は空気の密度の変化によって撮影可能となった。「密度の変化によって屈折率が変化する」とバンクス氏は言い、コップ一杯の水に沈めたスプーンが歪んで見えるのと似ていると説明する。「衝撃波が砂漠の地面を伝わると、その特徴、この場合はブラシがわずかに動いて見える」。言い換えれば、衝撃波は背景を歪めるため、目に見えるのである。夏の暑い駐車場から熱気が放出され、その背後にあるものの見え方が変わるのと同じである。

NASA は、この画像をまとめるのに多少の作業が必要だった。衝撃波を表示するために処理された画像のレイヤーでは、航空機がはっきりと映っていないのだ。「まるで幽霊機のようだ」とバンクス氏は言う。そのレイヤーを、航空機を鮮明に映し出す別のレイヤーと組み合わせ、さらに色付けすることで、上のようなショットを作り出すことができた。

では、なぜこのようなことをするのでしょうか。NASA は X-59 QueSST という航空機の開発に取り組んでいます。NASA のこの航空機の目標は、超音速でありながら、それほど騒音を出さないことです。NASA は声明で、この航空機は「静かな振動」を出すだけでよいと述べています。バンクス氏は、このような研究は超音速の衝撃波で何が起きているかを視覚化するのに役立つため、NASA の目標達成に役立つだろうと述べています。