超震撼！罐装气竟喷出超音速气流？还拍到类似战斗机钻石马赫环？

你可能很难想象，我们平时所用的罐装空气，竟然也能喷出超音速气流，还会形成战斗机超音速时喷出的那种明亮的钻石型震波，原来超音速的现象可以无处不在！

这个现象来自一次偶然的发现，一位YouTube博主“塞罗的车库”，一次拿着罐装空气，在强背景光下检查喷气机，想确认电子除尘器是不是在运行。但在他完全扣住扳机，气体喷出后，一个令人震撼的现象让他惊讶不已，塞罗竟然在喷嘴处看到了疑似马赫环的钻石震波！

可能很多朋友都见过战斗机超音速飞行的视频，上次马斯克SpaceX公司星舰第二次试射时，你也可以明显看到，发动机喷出的炙热等离子气体，在后面形成了一连串的马赫环，明暗相间，像钻石一样晶莹夺目，这是一种在大气中超音速后的特殊现象。

马赫环又叫钻石形震波，通常被定义为喷气发动机、火箭发动机、冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机等在大气层中工作，喷出超音速尾气时，喷嘴后形成的明亮耀眼的钻石形驻波。所以普通罐装气喷出钻石环确实是非常奇怪的，即使它真的超音速了，难道温度也非常高吗？

首先我们需要理解马赫环是怎么形成的。简单来说，就是高温高压气体喷出后，中间的会直接向后飞，边缘部分快速膨胀，导致压力下降，但速度却不会降，撞上旁边一个大气压的空气后，就相当于撞上了一堵墙，会被压缩反弹，撞上另一边的空气墙，再压缩再反弹，形成Z字形的冲击波。

由于喷口是圆形，另一边的气体也会形成同样的激波，于是会合在一起，波峰波谷叠加成为菱形，也就是激波形成的流场。随着局部密度和压力的突然变化，流场会变得我们肉眼可见，也就是喷嘴后一连串的钻石形震波。

塞罗发现罐装空气喷口出现疑似马赫环后，先用剃须刀片、图像传感器、镜头和光源制作了一个简单的纹影成像装置，果然看到了比肉眼更为清晰的马赫环。

所谓纹影成像，就是把流场中气体的密度变化转化为光强变化，从而形成可观察的图像，是广泛使用的观测气流、燃烧、激波、风洞等流场的有力工具。

之后塞罗改进了他的设备，配置了更好的镜头和柱状光源，结果看到了更为令人惊叹的图像，包括多种喷嘴喷出的钻石形震波，最令人惊异的是他用一个给篮球打气的气针连接到罐装空气上，结果主喷嘴和侧面的喷嘴都出现了马赫环。

那么根据一般的说法，马赫环要在高温高压的超音速喷气中才会出现，塞罗的罐装空气难道也是高温的？其实看到菱形钻石的根本条件不是高温高压，而是气体的密度变化。马赫环是超音速气流内压缩波和膨胀波相互干涉形成的驻波，形成条件主要有两个，一是超音速，二是流体内压力与环境有压力差，所以温度较低的时候，也可能会出现马赫环，只是我们肉眼看不见而已。

而塞罗在一次偶然的机会中，敏锐地捕捉到了疑似马赫环的喷气，最终通过自己丰富的专业知识予以验证，发现了罐装空气也能喷出马赫环的惊人现象，令人叹为观止。