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。超音速機が頭上を飛行すると、耳に届くほどの大きな音です。しかし、音速を超える速度で飛行することで発生する衝撃波の映像は、音を聞かなくても驚くほど迫力があります。上の画像では、NASAがカリフォルニア上空を音速をわずかに超える速度で飛行する2機のT-38航空機を撮影しています。
NASAはこの画像を撮影するために、高度3万フィート（約9,000メートル）を約260km/h（約264キロ）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。2機の超音速ジェット機は、前後約9メートル（約9メートル）、垂直方向に約3メートル（約3メートル）離れており、撮影時にはキングエアより約600メートル（約600メートル）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つに撮影機材を配置して下向きに撮影できるようにした。
「高解像度・高速度カメラで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・バンクス氏は語る。「そして、標的の航空機、今回の場合はT-38が、その下を飛行するのです。」
下の画像の1つには、横転したT-38が音速の壁を突破する様子が写っています。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空にありました。しかし、T-38は横転していました。
バンクス氏によると、超音速機が空中を飛行する際に衝撃波が発生する。まるで高速艇の船首波のようだ。「空気は基本的に自らの進路から逃れることができない」と彼は言う。「自然はそれに対処するために衝撃波を発生させるのだ。」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上回る速度だ。（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。）
衝撃波が写真に写ったのは、空気の密度の変化によるものだ。「密度の変化は屈折率の変化を引き起こします」とバンクス氏は言い、コップの水にスプーンを沈めた時の歪みに例えた。「衝撃波が砂漠の地面を通過すると、その特徴――この場合は洗浄ブラシ――がわずかに動いているように見えるでしょう」。言い換えれば、衝撃波は背景を歪ませる性質によって撮影可能になる。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だ。
NASAはこの画像を合成するためにいくつかの作業を必要としました。衝撃波を映し出す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です。「まるで幽霊機のように見えます」とバンクス氏は言います。そのレイヤーと、航空機を鮮明に映し出す別のレイヤーを合成し、さらにカラー化することで、上の写真のような画像を作成することができました。
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と呼ばれる航空機の開発に取り組んでいます。NASAの目標は、超音速でありながら騒音を抑えた飛行を実現することです。NASAは声明で、「静かな轟音」を出す程度で十分だと述べています。バンクス氏によると、このような研究は超音速衝撃波で何が起きているのかを視覚化するのに役立つため、NASAの目標達成に役立つとのことです。
