超震撼！罐裝氣竟噴出超音速氣流？還拍到類似戰鬥機鑽石馬赫環？

你可能很難想象，我們平時所用的罐裝空氣，竟然也能噴出超音速氣流，還會形成戰鬥機超音速時噴出的那種明亮的鑽石型震波，原來超音速的現象可以無處不在！

這個現象來自一次偶然的發現，一位YouTube博主“塞羅的車庫”，一次拿着罐裝空氣，在強背景光下檢查噴氣機，想確認電子除塵器是不是在運行。但在他完全扣住扳機，氣體噴出後，一個令人震撼的現象讓他驚訝不已，塞羅竟然在噴嘴處看到了疑似馬赫環的鑽石震波！

可能很多朋友都見過戰鬥機超音速飛行的視頻，上次馬斯克SpaceX公司星艦第二次試射時，你也可以明顯看到，發動機噴出的炙熱等離子氣體，在後面形成了一連串的馬赫環，明暗相間，像鑽石一樣晶瑩奪目，這是一種在大氣中超音速後的特殊現象。

馬赫環又叫鑽石形震波，通常被定義為噴氣發動機、火箭發動機、衝壓發動機或超音速燃燒衝壓發動機等在大氣層中工作，噴出超音速尾氣時，噴嘴後形成的明亮耀眼的鑽石形駐波。所以普通罐裝氣噴出鑽石環確實是非常奇怪的，即使它真的超音速了，難道溫度也非常高嗎？

首先我們需要理解馬赫環是怎麼形成的。簡單來說，就是高溫高壓氣體噴出後，中間的會直接向後飛，邊緣部分快速膨脹，導致壓力下降，但速度卻不會降，撞上旁邊一個大氣壓的空氣後，就相當於撞上了一堵牆，會被壓縮反彈，撞上另一邊的空氣牆，再壓縮再反彈，形成Z字形的衝擊波。

由於噴口是圓形，另一邊的氣體也會形成同樣的激波，於是會合在一起，波峰波谷疊加成為菱形，也就是激波形成的流場。隨着局部密度和壓力的突然變化，流場會變得我們肉眼可見，也就是噴嘴後一連串的鑽石形震波。

塞羅發現罐裝空氣噴口出現疑似馬赫環後，先用剃鬚刀片、圖像傳感器、鏡頭和光源製作了一個簡單的紋影成像裝置，果然看到了比肉眼更為清晰的馬赫環。

所謂紋影成像，就是把流場中氣體的密度變化轉化為光強變化，從而形成可觀察的圖像，是廣泛使用的觀測氣流、燃燒、激波、風洞等流場的有力工具。

之後塞羅改進了他的設備，配置了更好的鏡頭和柱狀光源，結果看到了更為令人驚嘆的圖像，包括多種噴嘴噴出的鑽石形震波，最令人驚異的是他用一個給籃球打氣的氣針連接到罐裝空氣上，結果主噴嘴和側面的噴嘴都出現了馬赫環。

那麼根據一般的說法，馬赫環要在高溫高壓的超音速噴氣中才會出現，塞羅的罐裝空氣難道也是高溫的？其實看到菱形鑽石的根本條件不是高溫高壓，而是氣體的密度變化。馬赫環是超音速氣流內壓縮波和膨脹波相互干涉形成的駐波，形成條件主要有兩個，一是超音速，二是流體內壓力與環境有壓力差，所以溫度較低的時候，也可能會出現馬赫環，只是我們肉眼看不見而已。

而塞羅在一次偶然的機會中，敏銳地捕捉到了疑似馬赫環的噴氣，最終通過自己豐富的專業知識予以驗證，發現了罐裝空氣也能噴出馬赫環的驚人現象，令人嘆為觀止。