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夜间骑行:阿富汗加兹尼省一架CH-47奇努克直升机。美国陆军/中士Michael J.MacLeod

O(运行)你在战区所能看到的最美丽的东西之一是没有名字的,直到有一个是为了纪念两名献出生命的士兵。

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美国陆军突击队员本杰明·科普(Benjamin Kopp)和英国士兵约瑟夫·埃切尔斯(Joseph Etchells)在阿富汗桑金(Sangin)的战斗中被杀,当时他们还未到可以轻松租车的年龄。他们中的每一个人之前都可能见过直升机降落到沙尘中时发生的事情;他们很可能乘坐的是一辆正在上演奇怪物理的汽车。多亏了一位摄影师,他们的名字现在点缀了直升机叶片撞击沙尘所产生的耀眼效果。如果条件合适,你会在军用直升机上看到三个光环——科普-埃切尔效应。

2009年,战地记者迈克尔·尹(Michael Yon)将直升机光环的物理学命名为纪念当年7月在战斗中丧生的两名士兵。他记录了直升机在阿富汗降落的情况几十张照片显示了直升机叶片上的发光光晕,就像螺旋星系。没有人知道光环是什么。直升机驾驶员有自己的理论。Yon向一位飞行员描述说,光晕是“不同材料相互撞击时摩擦产生静电的结果。”在论坛和留言板上有其他想法。一些人认为,直升机桨叶的极速将灰尘推开,速度之快就像大气中的流星一样燃烧起来。

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这两种理论都存在问题。静电放电看起来一点也不像是一阵阵火花,叶片的速度足以加热周围空气中的粒子,从而使其自身发热。在没有发表任何研究的情况下,最有可能的理论是匹配物理现象并解释其他现象。如果他们是童子军,本杰明·科普和约瑟夫·埃切尔斯可能早就知道了。

当直升机降落到沙地环境中时,来自桨叶的巨大向下推力不可避免地会掀起一团沙子。刀片切割沙子和灰尘,粉碎成数以百万计的微小颗粒,每个颗粒都是刀片上的喷砂金属。大多数情况下,直升机唯一可见的后果是叶片出现点蚀,有足够的损坏需要更换。然而,偶尔从叶片上喷出的金属会产生微型流星雨。

上面照片的放大视图,聚焦于前旋翼产生的光。美国陆军/中士Michael J.MacLeod

为了防止早期退化,大多数直升机叶片都涂有抗磨包条该条带通常由钛或镍等金属制成,可防止叶片前缘因大气中的各种微粒危害而过快磨损。 这种耐磨条可以处理大量磨损,但沙漠环境恶劣。沙子比组成磨耗带的钛或镍更硬,所以当直升机的桨叶开始切割沙云时,颗粒会撞击桨叶,将金属碎片抛向空中。

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事实证明,由直升机叶片上的耐磨条组成的金属可以是自燃的-它们可以在空气中自燃。当然,这在正常情况下不会发生;我们没有看到镍砖起火。相反,直升机的旋转叶片会产生一团金属颗粒。一旦形成这种形式,金属颗粒就可以点燃并发光。像木屑或面粉,细磨金属可以而且确实会爆炸.

我们都熟悉金属的自燃性,即使我们不知道。想象一下一种金属,当被撞击时会产生火花,就像一辆破旧的汽车在路上拖着一个发出火花的消声器。我们看到的火花实际上是一些小金属颗粒通过撞击分散到空气中,然后点燃。如果你曾经用燧石生火(甚至是普通的点烟器),或用台式磨床加工金属,你很清楚这是什么样子。

工程师们会同意直升机火花的来源。将一种导电但抗氧化的金属——也就是说,一种不自燃的金属——放在像NASA那样的超声波测试室中格伦研究中心,并且没有Kopp-Etchells效应。结果表明,导致转子亮起的不是静电放电。

直升机旋翼发出的不寻常光部分照亮了一张疲惫的脸,也许一名士兵可以暂时逃离严酷、坚韧的世界,进入一个充满奇迹和美丽的世界。把科普和埃切尔斯带到那个严酷的地方的汽车也为他们展示了一扇通往美丽世界的窗户。科普和埃切尔夫妇将永远活在家人和物理学编年史的心中,这要归功于这些展示其影响的令人惊叹的照片。 

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凯尔·希尔是一位自由科学作家和博客作者科学美国人谁为板岩,有线,科普读物,《怀疑探索者》、和国际奥委会9。他是一名研究人员詹姆斯·兰迪教育基金会,你可以在推特上关注他@科学_实践.

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