¿Por qué retumba la barrera del sonido?

La imagen popular es la de un avión atravesando un muro de sonido con un único estallido. La realidad es un fenómeno continuo. Todo avión supersónico arrastra tras de sí un cono de ondas de choque, y el estampido es el sonido de ese cono al barrer el suelo. Un oyente escucha un estallido cuando pasa el cono, pero otro oyente 10 km más allá en la trayectoria lo escucha unos segundos después, y así durante todo el vuelo supersónico. La tripulación no oye nada, porque el cono queda detrás de ella; un caza a Mach 1,5 deja una alfombra de estampido de unos 30 a 50 km de ancho bajo su trayectoria.

A velocidades subsónicas, las perturbaciones de presión se adelantan al avión y se propagan suavemente. Por encima de Mach 1 no pueden adelantar a su fuente, así que se apilan formando ondas de choque, superficies finas donde la presión salta casi instantáneamente. Lejos del avión, los muchos choques individuales del morro, la cabina, las alas y la cola se fusionan en dos: un choque frontal donde la presión sube bruscamente y un choque trasero donde vuelve a subir de golpe tras una caída. Representada frente al tiempo, esta forma es una N, y el oído responde a los dos cambios abruptos con un doble estallido separado por una décima de segundo en un caza, más en un avión de línea. El estampido del Concorde se midió en torno a 100 Pa de sobrepresión en el suelo, suficiente para hacer vibrar los cristales.

El momento de aceleración a través de Mach 1 puede producir un estampido concentrado. A medida que el avión acelera, los choques generados a velocidades ligeramente distintas llegan al suelo simultáneamente en una zona estrecha, y la sobrepresión allí puede ser varias veces el valor en régimen estable. Ese es el origen de la idea de que la propia barrera retumba. El tiempo añade otra variante: los gradientes de temperatura y viento refractan el choque, de modo que un estampido puede oírse bien lejos de la trayectoria o, con números de Mach supersónicos bajos, no llegar al suelo en absoluto, porque el choque se curva hacia arriba antes de llegar.

Como el estampido sigue al avión a todas partes, la mayoría de los países prohibieron el vuelo supersónico civil sobre tierra en los años setenta, lo que confinó al Concorde a rutas oceánicas. El experimento X-59 de la NASA invierte la pregunta: al estirar el fuselaje y colocar el motor y el ala de modo que los choques individuales nunca se fusionen en una onda N marcada, el objetivo es un golpe suave de unos 75 decibelios percibidos, comparable al cierre de la puerta de un coche a cierta distancia.