世界不思議

有記錄以來聲音最大的爆炸,衝擊波在全球迴蕩5天,繞了地球3圈

1883年8月27日那天,太平洋沿岸的人們抬頭仰望天空,百思不得其解,此時的天空萬里晴空、一片蔚來、多少還有些雪白、蓬鬆的雲朵,根本就沒有打雷下雨的跡象。
但是他們卻清楚的聽到了震耳、沈悶的轟鳴聲,猶如打雷一般。在澳大利亞人們聽到了類似大炮、以及槍的聲音,人們在想肯定是陸軍或者是海軍在看不見的地方搞演習。

當時在太平洋海域的船員也聽到了巨大轟鳴聲,他們瞬間神經緊繃,以為是風暴和敵人來襲,但是什麼也沒有看到。
其實這個聲音是來自遙遠的喀拉喀托島,在同年5月20日開始印度尼西亞的喀拉喀托島火山就開始活躍起來了,最初的噴發規模較小。
5月噴發的火山灰最高衝到了10公里的高空,聲音傳播的範圍也就一百多公里,6月、7月也發生了間斷性的噴發。但是到了8月份火山噴發變得更為猛烈。
在26日的一次噴發中火山灰衝到了27公里的高空。到了27日上午10點02分喀拉喀托島火山發生了一次有記錄以來最為猛烈的爆發,濃煙夾雜火山灰以每小時2500公里的速度衝向了80公里的高空。

原本這個火山島嶼的面積為75平方公里,海拔高度有八百多米,由於巨大的火山噴發的威力直接將整個火山島夷為平地,隨後島嶼坍塌成為海底岩漿庫。
據估計27日的這次噴發所釋放的能量相當於2億噸TNT當量,是廣島原子彈的13000倍。同時也引發了巨大的地震和海嘯,浪高達到了40米。
數萬人死於這場災難,火山噴發以後由於火山灰蔓延全球,導致全球平均氣溫降低了0.6攝氏度。

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當然如此巨大的爆炸當然也創造了人類有記錄以來最大、最響亮的聲音。
上文說的澳大利亞西部人們聽到的轟鳴聲就是來自火山噴發,但是這個位置距離火山噴發點足有3200公里。毛里求斯島嶼上的人們遠在4800公里外也聽到轟鳴聲。
這就相當於新加坡的位置發生了一場爆炸,而身處在北京的我們居然在大約4小時後聽到了莫名其妙的巨響。

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上圖是爆炸發生以後人耳能聽到的聲音所覆蓋的範圍,大約佔了全球的1/13。據估計當時爆炸中心位置所產生的音量達到了310分貝。
作為對比人類發出最響亮的聲音就是原子彈了,當時在廣島和長崎的原子彈所擦產生的聲音分貝在250左右。NASA記錄的最高分貝的紀錄是由土星五號第一級產生的,為204分貝。而聲音每上升10個分貝,音量就會上升2倍。

而人處在110分貝-120分貝的環境中只要一分鐘,就會短暫的致聾。超過了150分貝-160分貝鼓膜就會被震裂。而310分貝的聲音直接能將人置於死地,這比電視劇上的音波功、獅吼功還要厲害。
所以說爆炸所產生的聲音非常大,在當時距離爆炸地點160公里外的一個工廠的氣壓計顯示出了氣壓變化的峰值為63.5mm汞柱。
而且紀錄下了174分貝的聲音,這意味著當時距離爆炸中心方圓數百公里內的人都有可能被爆炸聲震聾。

我們知道聲音的產生需要聲源的振動,而聲音能夠傳遞就需要聲源在振動時擾動介質,例如在空氣中聲源的振動就會使得周圍的空氣壓縮,然後這個緻密的部分就會因為壓力升高而向外延伸,那麼聲音作為一種能量就傳遞了出去。

但是像爆炸這種瞬間釋放巨大能量的方式不僅會以聲音的形式向外傳遞能量,它還會因為周圍空氣被迅速壓縮、速度超過聲速,而產生了一個空氣被極度壓縮的震前波,在這個波面上空氣密度非常高,猶如銅牆鐵壁一般,能夠瞬間摧毀所到之處的大部分建築。
這就是我們常說的衝擊波,一個簡單的例子就是,當一個聲源在發生的同時,還在向前加速移動,那麼後面產生的聲波的緻密部分就會越來越接近前面的緻密部分。

當聲源的運動速度達到聲速的話,可以想像在其前面所產生的聲波都來不及傳遞出去,全被堆疊在了聲源前方。
這時前方的空氣就會被極度的壓縮,而產生了一個密度非常高的鋒面,這個鋒面就和爆炸時產生的衝擊波一樣。如果此時飛行器結構不穩定、材質不夠好的話,就像是撞在了一堵牆上而解體。
如果飛行器設計合理,那麼繼續加速的話,就會突破這個鋒面,伴隨一聲巨響,突破音障,達到超音速飛行。

瞭解了衝擊波,我們在回到火山噴發的話題,1883年的那次火山噴發在產生巨大聲響的同時也產生了一個超強的衝擊波。
當時在全球範圍內基本上像是氣壓計和大氣壓力傳感器之類的設備都已經遍地存在,雖然衝擊波在傳播了數千公里以後能量已經消減的很難認為感受到。
但是全球範圍內的氣壓計都能在衝擊波經過時檢測到氣壓的變化。這種變化十分具有規律性,每34小時出現一次。
基本上每個城市都檢測到了最少7次的壓力變化,所以當時人們認為爆炸時衝擊波超相反的兩個方向一共繞了地球大約3-4圈。
這就是大自然的威力,一次尋常的火山噴發,就足以超過人類所能創造的任何一次爆炸。

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