國慶70週年的時候，閱兵展出的“東風-17”高超音速彈道導彈可以說是吸足了眼球。而這種造型充滿了科技感的導彈本質上是一種被稱為“乘波體”的飛行器，說的直白一點兒，就是“乘坐在激波上的飛行體”。換句話說，這種被稱為“激波”的東西托起了東風-17導彈。

70週年閱兵展出的東風-17

除了“乘波體”外，激波在航空、航天領域並不少見，比如說戰鬥機在超音速飛行的時候就會在飛機周圍引起“激波”，拍攝的照片甚至於都能夠觀察到這些“激波”扭曲了飛機周圍的光線。

飛機跨音速飛行的時候產生的“激波”

那麼這種神祕的被稱為“激波”的現象到底是什麼？又是怎麼產生的呢？且聽我慢慢講來。

空氣是有“彈性”的物質

我們說空氣是有彈性的，並不是在說空氣可以像橡皮筋一樣伸縮變化，而是說氣體內部可以發生區域性的“收縮-恢復”變化。比如說“聲音”實際上就是空氣疏密變化產生的波。

聲音的本質就是空氣區域性的收縮-恢復

如果我們拿一串彈簧和小球出來比喻空氣，那麼就是撥一下最左邊的那個小球，小球會帶動右邊的小球，然後這樣的運動會依次向右傳遞，形成一個傳播的效果，但是傳播過程中小球本身只是在原來位置的附近震盪，並不會移動，而且“一次”波動帶來的是一個“波”。

但是顯然的，這個“波”的傳遞速度不是無限快的，因為每個小球都有慣性，一個力推動小球開始運動，小球的速度變化程度是不一樣的。同時這些彈簧的剛度不同，收縮過程產生的力也不相同。所以，“波”在空氣中的傳播速度是有限的，這就是我們所說的“音速”。

擾動超過音速會帶來氣體性質的劇烈變化

當一個物體在空氣中運動的時候，如果我們放大去看，就會發現這個物體是不斷地在跟氣體分子碰撞。而這一次次產生的碰撞就會在空氣中產生“擾動”，根據上文的分析，這些擾動會以波的形式傳播開來，而這些振動波的傳播速度是音速。

當物體運動速度小於音速的時候，這一次次的擾動都有條不紊地向四周擴散開去，就好像一道道波紋排著隊向遠方走去。而每一個空氣中的分子在傳播完一次波動之後還能回到自己原先的位置，等待下一次的振動。

但是這個時候問題就來了：如果這個擾動源移動的速度跟音速一樣快，甚至於比音速還要快會怎麼樣呢？

我們可以想象一下兩個畫面：

第一個畫面。你的面前放著10個相距1釐米的球，你往前前進了1釐米，然後你把第一個球往前挪了1釐米，又把第二個球往前挪了1釐米……以此類推。這樣一來，你不管往前進了多遠，這十個球之間的平均距離沒變（密度沒變）。

第二個畫面。你的面前放著10個相距1釐米球，你往前前進了1釐米，然後你把第一個球往前挪了1釐米，但是這個時候你又往前進了1釐米，帶動第一個球、第二個球同時也往前挪了1釐米……所以當你前進了10釐米的時候，你發現所有的小球都在你的腳下了（密度瞬間增大）。

這兩個畫面就分別說的是小於音速和等於音速的時候空氣中分子發生的變化。

簡單說，就是因為物體對於氣體分子的擠壓根本不容許擠壓的效果傳播開來（因為擠壓的速度已經超過了擠壓效果傳播的速度）所以在這個過程中氣體會被激烈地壓縮。

而由於空氣的折射率會因為密度發生改變，因此拍照片的時候可以非常清晰地看到激波的“波面”形狀。

通俗點兒講，所謂的激波，就是“趁氣體分子不注意瞬間把他們堆到了一起”，而這就是激波的本質。

我們經常會在科普文章中看到下面的這張圖，其實這張圖就是在說，當飛行速度比較慢的時候空氣的擾動會傳播得到處都是，所以空氣雖然也會產生流動，但是本身的性質變化卻不劇烈，而飛行速度等於、超過音速的時候，這些擾動的效果會疊加起來造成空氣的劇烈變化。

總結一下

激波產生的本質原因在於氣體有彈性、可以被壓縮，當外界對於氣體的壓縮速度快到壓縮的效果都來不及擴散到周圍環境中的時候，這種壓縮效果就會變得非常劇烈和集中，就形成了所謂的“激波”現象。