The sonic boom problem - Katerina Kaouri

翻訳: Keiko Marutani 校正: Masaki Yanagishita

Humans have been fascinated with speed for ages.

いつの時代も人はスピードに 魅惑されてきました

The history of human progress is one of ever-increasing velocity,

人類の進歩の歴史は 速度を極めることの歴史でもあり

and one of the most important achievements in this historical race

この歴史的競い合いでの 最も重要な快挙の一つが

was the breaking of the sound barrier.

音速の壁を突き破ることでした

Not long after the first successful airplane flights,

初めての飛行成功から間もなく

pilots were eager to push their planes to go faster and faster.

パイロットたちは航空機を さらに速く飛ばす意欲に燃えました

But as they did so, increased turbulence

しかし 速く飛行すると 乱気流を増やし

and large forces on the plane prevented them from accelerating further.

機体は大きな力を受け さらなる加速は阻まれました

Some tried to circumvent the problem through risky dives,

ある人は危険な急降下により 問題を回避しようとし

often with tragic results.

時としては悲劇的な 結果ともなりました

Finally, in 1947, design improvements,

ついに 1947年には

可動式水平スタビライザーや 全動式尾翼といった

such as a movable horizontal stabilizer, the all-moving tail,

allowed an American military pilot named Chuck Yeager

技術の進歩に支えられ 米軍パイロット チャック・イエガーによって

to fly the Bell X-1 aircraft at 1127 km/h,

ベルX-1 戦闘機を時速1127キロで 飛行させることに成功し

becoming the first person to break the sound barrier

音速の壁を破り 彼は音速よりも早く飛行した

and travel faster than the speed of sound.

最初の人物となりました

The Bell X-1 was the first of many supersonic aircraft to follow,

ベルX-1は数多くの超音速航空機の 先駆けとなりました

with later designs reaching speeds over Mach 3.

後の設計ではマッハ３以上の スピードに達する機体もありました

Aircraft traveling at supersonic speed create a shock wave

超音速で飛行する航空機は ソニックブームとして知られる

with a thunder-like noise known as a sonic boom,

雷の轟のような爆音を伴う 衝撃波を発生し

which can cause distress to people and animals below

地上の人間や動物に 被害をもたらし

or even damage buildings.

建物に損害を与えることもあります

For this reason,

そのため 世界中の科学者が

scientists around the world have been looking at sonic booms,

ソニックブームに注目し 大気中のその軌跡や

trying to predict their path in the atmosphere,

それが地上のどこに到達して

where they will land, and how loud they will be.

どれほどの騒音になるのかを 予測する試みを続けています

To better understand how scientists study sonic booms,

科学者のソニックブーム研究を さらに深く理解するために

let's start with some basics of sound.

音についての基本から 考察してみましょう

Imagine throwing a small stone in a still pond.

波のない池に小石を 投げ入れた情景を想像してください

What do you see?

何が起きるでしょうか？

The stone causes waves to travel in the water

小石によって あらゆる方向に同じスピードの

at the same speed in every direction.

波が広がっていきます

These circles that keep growing in radius are called wave fronts.

どんどん直径が拡大する それらの円を波面と呼びます

Similarly, even though we cannot see it,

同様に 目には見えませんが

a stationary sound source, like a home stereo,

ホームステレオのような 固定された音源も

creates sound waves traveling outward.

外側に広がる音の波を作ります

The speed of the waves depends on factors

波の移動する大気の高度や 気温などの要素次第で

like the altitude and temperature of the air they move through.

波のスピードは異なります

At sea level, sound travels at about 1225 km/h.

音は 海抜ゼロでは 時速約1225キロで移動します

But instead of circles on a two-dimensional surface,

しかし 二次元の平面的な円ではなく

the wave fronts are now concentric spheres,

波面はこれらの波に対して垂直な

with the sound traveling along rays perpendicular to these waves.

放射線に添って伝わる 同心の球面となります

Now imagine a moving sound source, such as a train whistle.

次に 列車の警笛のように 音源が移動する場合を想像して下さい

As the source keeps moving in a certain direction,

音源がある方向に移動すると

the successive waves in front of it will become bunched closer together.

音源の前方の連続する音波は 相互に短い間隔に集まります

This greater wave frequency is the cause of the famous Doppler effect,

物体が接近すると 音がハイピッチになる

where approaching objects sound higher pitched.

有名なドップラー効果の原因が この周波数の高い波です

But as long as the source is moving slower than the sound waves themselves,

しかし 音源が 音波より遅く動く場合には

they will remain nested within each other.

音は互いに 至近距離内に留まります

It's when an object goes supersonic, moving faster than the sound it makes,

発する音より速い 超音速で物体が移動すると

that the picture changes dramatically.

状況は劇的に変わります

As it overtakes sound waves it has emitted,

音源が 自ら発した音波を追い越しながら

while generating new ones from its current position,

現在地からまた別の音波を発すると

the waves are forced together, forming a Mach cone.

波は強制的にまとめられ マッハコーンを形成します

No sound is heard as it approaches an observer

物体は発している音より 速く動いているため

because the object is traveling faster than the sound it produces.

物体が接近しても それを観る者に音は聴こえません

Only after the object has passed will the observer hear the sonic boom.

物体が通過後 ようやく ソニックブームを聴くことになります

Where the Mach cone meets the ground, it forms a hyperbola,

マッハコーンが地表にぶつかると 双曲線を形成しそれが前進するに従って

leaving a trail known as the boom carpet as it travels forward.

ブームカーペットと言われる 軌跡を残していきます

This makes it possible to determine the area affected by a sonic boom.

ソニックブームの影響を受ける 地域がこれによって解明できます

What about figuring out how strong a sonic boom will be?

ソニックブームの強さは どうでしょうか？

This involves solving the famous Navier-Stokes equations

強さの解明には 有名な ナビエ・ストークス方程式を

to find the variation of pressure in the air

解く必要があり その結果 超音速航空機が通過する時に

due to the supersonic aircraft flying through it.

発生する気圧の変動を 求めることができます

This results in the pressure signature known as the N-wave.

その結果 N波として知られる 圧特性が割り出せます

What does this shape mean?

この形状は 何を意味するのでしょうか？

Well, the sonic boom occurs when there is a sudden change in pressure,

ソニックブームは圧が 急激に変化するときに起こり

and the N-wave involves two booms:

N波は二つの爆音に 関係しています ―

one for the initial pressure rise at the aircraft's nose,

一つは航空機のノーズでの 最初の気圧上昇

and another for when the tail passes,

そしてもう一つは最後部が通過した後

and the pressure suddenly returns to normal.

気圧は急速に正常状態に戻ります

This causes a double boom,

これがダブルブームを起こしますが

but it is usually heard as a single boom by human ears.

通常 人間の耳には 一つの爆音に聴こえます

In practice, computer models using these principles

実際に これらの理論を用いた コンピュータ・モデルで

can often predict the location and intensity of sonic booms

所定の大気の状態と 飛行軌道情報から

for given atmospheric conditions and flight trajectories,

ソニックブームの発生する 場所と強さを予測することができ

and there is ongoing research to mitigate their effects.

その影響を削減する 研究が続いています

In the meantime, supersonic flight over land remains prohibited.

当面の間 陸地上空では 超音速飛行が禁止されています

So, are sonic booms a recent creation?

では ソニックブームは近年に 登場したものでしょうか？

Not exactly.

そうではないようです

While we try to find ways to silence them,

われわれ人間は この音をなくそうと努力していますが

a few other animals have been using sonic booms to their advantage.

ある動物たちは 自分たちのために ソニックブームをうまく使っていました

The gigantic Diplodocus may have been capable of cracking its tail

巨大なディプロドクスが しっぽを叩きつけると

faster than sound, at over 1200 km/h, possibly to deter predators.

時速1200キロ以上になって音速を超え 捕食者を追い払っていたようです

Some types of shrimp can also create a similar shock wave underwater,

ある種のエビは水中でそれに似た ショック波を発することができ

stunning or even killing pray at a distance

巨大なはさみの一振りで

with just a snap of their oversized claw.

離れた場所から獲物を驚かせたり 殺したりします

So while we humans have made great progress

ですから 我々人間のスピードへの 飽くなき追求において

in our relentless pursuit of speed,

素晴らしい快挙を 遂げてきましたが

it turns out that nature was there first.

実は自然界では 先駆者がいたのです