Perché la barriera del suono produce un boato?

L'idea comune è che un aereo rompa un muro sonoro con un unico boato. In realtà si tratta di un fenomeno continuo. Ogni aereo supersonico si traina dietro un cono di onde d'urto, e il boato è il suono prodotto quando questo cono passa sopra il suolo. Un ascoltatore sente un boato quando il cono passa, ma un ascoltatore 10 km più avanti lungo la traiettoria di volo lo sente solo alcuni secondi dopo, e così via per tutto il volo supersonico. L'equipaggio non sente nulla, perché il cono resta dietro di esso; un caccia a Mach 1,5 lascia un "tappeto sonico" di circa 30-50 km di larghezza sotto la sua traiettoria.

A velocità subsonica, le perturbazioni di pressione si propagano davanti all'aereo e si diffondono uniformemente. Oltre Mach 1, non possono più sfuggire alla loro fonte e quindi si accumulano in onde d'urto, superfici sottili lungo le quali la pressione sale quasi istantaneamente. Lontano dall'aereo, le molte onde d'urto individuali del muso, della cabina, delle ali e della coda si fondono in due: un urto anteriore, in cui la pressione sale fortemente, e un urto posteriore, in cui risale dopo un calo. Riportato nel tempo, questo produce una forma a N, e l'orecchio reagisce ai due bordi bruschi con un doppio boato, che in un caccia è distanziato di circa un decimo di secondo, e più a lungo in un aereo di linea. Il boato del Concorde fu misurato al suolo con un sovrappressione di circa 100 Pa, sufficiente a far tremare i vetri.

Il momento dell'accelerazione attraverso Mach 1 può produrre un boato concentrato. Mentre l'aereo accelera, onde d'urto generate a velocità leggermente diverse arrivano al suolo simultaneamente in una zona ristretta, e la sovrappressione lì può essere più volte superiore al valore stazionario. Da ciò nacque l'idea che la barriera del suono stessa facesse un boato. Il meteo aggiunge un'altra complicazione: i gradienti di temperatura e vento curvano l'onda d'urto, cosicché un boato può essere sentito ben lontano dalla traiettoria di volo o, a numeri di Mach supersonici bassi, non raggiungere affatto il suolo, perché l'onda d'urto si curva verso l'alto prima di arrivare.

Poiché il boato accompagna l'aereo ovunque, la maggior parte dei paesi vietò i voli supersonici civili sulla terraferma negli anni '70, il che limitò il Concorde a rotte sopra l'oceano. L'esperimento X-59 della NASA inverte la questione: allungando la fusoliera e posizionando motore e ala in modo che le singole onde d'urto non si fondano mai in una netta onda a N, si intende produrre un rimbombo silenzioso di circa 75 decibel percepiti, paragonabile a una portiera d'auto che sbatte in lontananza.