为什么有些火箭的尾焰像麻花一样扭在一起？

如果你经常看火箭发射或者是军用飞机起飞，有的时候你会看到尾焰一节一节的（如题主说的：像麻花）。比如这样：

或者是这样：

这种波峰波谷造成明暗间隔的现象被称为马赫环或马赫盘（Mach diamonds,Mach dish,Shock diamond），是喷气机或火箭等的发动机喷出高速尾气时，在喷嘴后面形成的一种明亮的均匀分布的钻石型驻波。只要气流以不同于外部大气的压力离开喷嘴，就可能发生这种现象。

马赫环是以第一个解释其成因的物理学家恩斯特·马赫命名的。^[1]

下面尽量简单通俗地说明一下它的成因（为了讲清楚会说得不那么严谨。。）

首先，现代的火箭发动机的功率已经快被榨干了，为了能提高一点点能量转化的效率，科学家们想秃了头。然后他们发现，如果人为地把喷出的(绝热的)工质体积变大，那么它的温度就会降低，这一部分降低了的温度，就又转化为了一部分动能。但是在这种情况下，喷口处的压力有可能会出现瞬间低于大气压的现象（过膨胀），尤其是在低海拔地区（起飞时），气压高，过膨胀是一种普遍现象。火箭升空和航天飞机升空时也经常出现。

当气流瞬间过度膨胀时，喷气的气压比其它处要低，引起排气被压缩并向内挤压。这种压缩又反过来提高了排气的气压。当气体被压缩得过多的时候，它的气压又会超过大气压。结果，气流又向外膨胀以再次减小压力。压缩和膨胀过程会不断重复，直到排气压力与周围大气压相同为止。（换句话说，气流将反复收缩和膨胀，同时逐渐使排气和大气之间的压力差相等）。

当排气被压缩时气压会随之升高，导致温度的再次升高，这些区域里那些还没完全燃烧的燃料再次燃烧，从而产生比周围的羽流更亮的辉光。^[2]这就是 Shock diamond 产生的原因。(后续的产生也是类似的原理，涉及到斜向的激波和法向波的变化，就不展开说了）

下面这个视频能很好的看出随着速度(其实是排气压强)的增加，Shock diamond 的形成过程。

之所以有些看上去像麻花，有些看上去就是一个桶状的中间有个亮盘，和喷嘴的直径、排出的尾气的气压以及大气压强有关。从喷口到第一个菱形的区域称为“静区”。它的长度公式为：

是喷嘴的直径，P0 是排出的尾气的初始压强，P1 是大气压强。

当喷嘴处的气体膨胀不足（出气的压力高于环境大气压力）或海拔高度较高（大气压低）时，更可能会形成类似菱形的图案。

马赫盘可以出现在任何超音速的排气中，无论是液体火箭发动机、固体火箭发动机还是喷气发动机, 所以飞机、运载火箭或军用导弹都能看到这一现象。有史以来最有名的 Shock diamond 的照片应该就是这张世界上第一架火箭动力试验机 XS-1（就是 X-1）刚飞到 1 马赫时的图片了吧。

希望能解答题主的问题。更专业的解释可以在知乎上搜马赫盘或者马赫环，应该会出来很多，不过我还是习惯性的都叫它 Shock diamond。