Популярно о науке

Previous Entry Share Next Entry
Алмаз.
ahiin

"Что произошло бы с Землей, если бы в нее врезался алмазный метеорит 30-метрового диаметра, летящий со скоростью света?”

—Aidan Smith,  8 лет, с помощью своего отца Jeff'а

Никакое тело с ненулевой массой покоя не может двигаться со скоростью света.  Но это ничего - мы можем подобраться к ней достаточно близко!

Как ни ни разгоняйся, достичь скорости света не удастся. Это может показаться неверным, однако это так [напомню, в США физика в общеобразовательной школе является предметом по выбору, отсюда подобные пояснения]. Наша вселенная порой придерживается странных правил. Чем ближе скорость объекта к скорости света - тем большим импульсом и энергией он обладает, причем при приближении к скорости света они стремятся к бесконечности.

Мы начнем с небольших скоростей и постепенно будем разгоняться.

1 километр в секунду:

Если бросить метеорит на 100-километровой высоте (границе космического пространства), то он, разогнанный силой притяжения,  без существенного замедления пронзит атмосферу и достигнет поверхности на скорости около 3 Мах - более километра в секунду.

В процессе падения он вызовет сжатие воздуха перед собой. Сжатие газа вызывает его нагревание. (Это тот самый процесс, который приводит к нагреванию космических аппаратов и метеоров: сопротивление воздуха как таковое тут практически не участвует.)  К моменту столкновения с землей нижняя поверхность метеорита нагреется свыше 500℃,  чего вполне достаточно, чтобы тело начало светиться.

В момент удара о землю, спустя 2 минуты после начала движения, наш метеорит разлетится на куски, создав кратер 300-метрового диаметра.

there was a school here once

[Надпись над динозавром: это типо для масштаба.]

11 километров в секунду:

Если поднять метеорит подальше и снова бросить, то он ударит со скоростью примерно 11 километров в секунду.  Это скорость убегания для Земли и все что на нее падает из космоса будет иметь, благодаря гравитации, как минимум такую скорость.

На скорости 11 километров в секунду, метеорит в момент своего спуска будет виден как огненный шар. Энергия столкновения будет сравнима с небольшой атомной бомбой, а кратер, который возникнет на месте столкновения окажется километрового диаметра — немного меньшим, чем Метеоритный кратер в Аризоне.

FOR- MATTING
[надпись на рисунке слева направо:
ради масштаба (статуя Свободы, между прочим)
Ради Гондора!]


По порядку величины это максимальная скорость, с которой что бы то ни было, вращающееся вокруг Солнца, может ударить Землю. Метеоритный дождь Леониды сталкивается с Землей на этой скорости.

Как ни странно, скорость движения тела мало влияет на то, насколько глубоко оно войдет в землю. Исаак Ньютон придумал великолепный способ оценки глубины проникновения движущейся частицы в мишень. Оказывается, не важно, с какой скоростью частица движется, если она ударит в что-то примерно такой же плотности, то проникнет на глубину, примерно равную своей длине.

a ball falls on the ground and then falls further into the ground but not too much further

Тем не менее, всплеск получится значительный. Алмазный шар на скорости 72 км/c создаст кратер двухкилометрового диаметра, высвободив энергию, сравнимую с энергией взрыва самой большой термоядерной бомбы.

Начиная с этого момента, ситуация становится более причудливой.

3000 километров в секунду = 0,01c:

В этот раз дела будут плохи.  Ситуация становится немного плохо предсказуемой из-за того, на скоростях порядка сотен километров в секунду в воздухе начнутся термоядерные реакции (погуглите название статьи, чтобы найти ее полный текст). В сочетании со старым-добрым плазменным нагревом, может оказаться так что наш метеорит будет полностью разъеден по дороге к земле.

Но ничего хорошего из этого все равно не выйдет. Частицы метеорита не успеют разлететься достаточно далеко, и все равно ударят землю в одной точке. При взрыве выделится в тысячи раз больше энергии, чем в самом мощном термоядерном оружии, полностью уничтожив весь окружающий регион. Будет выгрызен огромный кратер, хотя и не самый большой из тех, что повидала наша планета.

there's a hole in south america

0.99c:

Здесь уже вмешивается теория относительности.

На таких скоростях межатомные связи становятся несущественными. Алмазный шар можно рассматривать просто как набор атомов, движущихся с такой скоростью, что лоренцево сокращение превратит сферу в блин (хотя мы этого увидеть не сможем). Система моделирования элементарных частиц SRIM поможет нам разобраться, что произойдет, когда ударит метеорит.

Атомы углерода будут обладать энергией около 70 гигаэлектронвольт каждый. Скорость их слишком велика, чтобы вступать в реакцию синтеза с компонентами воздуха - они проходят в него целиком. Молекулы воздуха будут проникать в шар на глубину до трех метров, так что наш метеорит будет существенно тяжелее к моменту столкновения с поверхностью. Также значительно увеличится его объем.

В момент удара о землю метеорит будет полностью уничтожен, прогрызая в подстилающих породах расходящуюся коническую полость. Старое уравнение, описывающее глубину проникновения при столкновении больше не работает, так как атомы буквально проходят друг друга насквозь.

Столкновения пробьет дыру в земной коре и создаст столь большой кратер, что на дне его будет видна расплавленная мантия. Выделившаяся энергия, в 50 раз большая убившего динозавров импакта Чиксулуб [я уже высказывался как-то на тему метеоритных гипотез] — более чем достаточно, чтобы вызвать массовое вымирание, а возможно и уничтожить жизнь вообще.

you did this, aidan

Я всегда считал, что одно из самых замечательных свойств физики то, что всегда можно добавить цифр к любому числу, посмотреть, что получится и никто не сможет тебя остановить.

0,9999999c:

На этой скорости каждая молекула углерода обладает энергией 25 ТэВ, что сравнимо с энергией частиц луча Большого Адронного Коллайдера. Еще чуть быстрее и мы могли бы детектировать бозоны Хиггса в продуктах столкновения.

В таком виде метеорит врежется в Землю с кинетической энергией, примерно равной кинетической энергии Луны на орбите. Этого более чем достаточно, чтобы пробить зияющую дыру в мантии и целиком перемешать внутренности планеты, заодно расплавив то, что еще не было расплавлено.  Вероятно, с жизнью на планете Земля будет покончено.

Ой, кот опять прошелся по клавиатуре, так что добавилось еще горсть девяток.

0.9999999999999999999999951c

Самым быстрым объектом (с ненулевой массой покоя) в истории наблюдений была Боже-Мой-частица (безотносительно к "частице Бога"), космический протон, влетевший в атмосферу над штатом Юта в 1991 году. Его скорость составляла 99,99999999999999999999951% скорости света, т.е. он обладал кинетической энергией бейсбольного мяча — од​ин протон. Вызванный им каскад частиц делает мизерными все усилия БАК.

Никто не знает, каким образом он так разогнался. Частицы, движущиеся с такими скоростями бьют по Земле несколько раз в год. Похоже, что они приходят от взрывающихся галактик, но что заставляет их убегать в такой спешке и почему они не замедляются по дороге - это, в определенном смысле, загадка.

Пускай метеорит Aidan’а летит со скоростью Боже-Мой-частицы.

Эта скорость столь велика, что моя версия SRIM просто отказывается ее обсчитывать. Тем не менее, мы можем сделать некоторые предположения, опираясь на поведение космических лучей при прохождении скальных пород.

Алмаз пронзит атмосферу не заметив и нырнет в земную кору.  Облако плазмы и проникающей радиации начнет разрастаться вокруг входного отверстия когда энергия начнет рваться наружу из внутренностей планеты. Сорок миллисекунд спустя вся дальняя часть планеты разлетится в стороны в виде ослепительного облака.

Алмазный метеорит и каскад частиц, созданный им при столкновении с корой распространятся по всему телу планеты. Сверхперегретая Земля будет светиться ярче чем Солнце.

Импульса бы хватило, чтобы столкнуть Землю с орбиты, но Земли больше нет. Выделившаяся энергия в десять тысяч раз больше гравитационной энергии связи, так что планета разлетится в виде облака плазмы, с особенно мощным потоком, исходящим из зоны, противоположной точке импакта.

Солнце пульсирует и вспыхивает, поглощая волны мусора. Поверхность Марса и Венеры выжжена потоками невероятно высокоэнергичной плазмы.

an alien comment creates a cavalcade of theological and linguistic conundrums
[Боже мой...]

И в далеком будущем, инопланетный астроном, в мире, удаленном от Земли на сотни световых лет нахмурится, глядя на пищащий детектор и с удивлением задумается, что же за жуткое событие заставило частицу двигаться так быстро.

Источник.


Поправь: "На скорости 11 километров в час, метеорит в момент своего спуска будет виден как огненный шар".

Кстати, можно рассмотреть обратную задачу: какой энергией должен обладать алмазный метеорит, чтобы медленно и неотвратимо пробить продавить Землю с постоянной скоростью 11 км/ч?

Edited at 2013-02-20 09:06 am (UTC)

Пофиксил, спасибо.

На метеорит придется двигло поставить, иначе никак.

Edited at 2013-02-20 10:55 am (UTC)

На четвертой картинке не хватает радостно скачущих арахнидов с планеты Клендату с довольными криками "Попали!". Там же Буэнос-Айрес, верно?

Я все думал, заметит ли кто этот прозрачный намек на "Звездный десант":)

"скорость движения тела мало зависит от того, насколько глубоко оно войдет в землю"
простите, тут ничего не перепутано?

Для определенного диапазона скоростей это утверждение верно. Парадокс, да.

а есть ли разница между смыслами слов "импакт" и "удар"?

Никогда не встречал это слово в русском языке вне контекста падающих на землю астероидов и т.п.

спасибо, как всегда замечательно
странно только что он в землю втыкался, когда более вероятно в море плюхнуться. Для начальных скоростей эффекты были бы отличными (от земляного импакта)

Пользователь a_dunc сослался на вашу запись в записи «Алмаз.» в контексте: [...] нал взят у в Алмаз. [...]

второй вариант просто не долетит- "Углерод — Википедия
При атмосферном давлении и температуре выше 1200 K алмаз начинает переходить в графит".

Еще как долетит. Мизерного времени полета сквозь атмосферу совершенно недостаточно, чтобы успеть прогреть такое массивное тело.

Пользователь p_vlasenko сослался на вашу запись в записи «Алмаз.» в контексте: [...] Оригинал взят у в Алмаз. [...]

Интересно, спасибо.

А всё-таки почему глубина проникновения не зависит от скорости? По идее при проникновении совершается работа, а её максимально возможное количество - это кинетическая энергия.

Она зависит, конечно, но емнип как обратная экспонента скорости со здоровенным показателем, т.е. очень мало.

Алмазный метеорит или что было бы, если бы ...

Пользователь sted_ats_02 сослался на вашу запись в записи «Алмазный метеорит или что было бы, если бы ...» в контексте: [...] тили что-то метеориты, однако надо бы еще один ликбез запостить. Оригинал взят у в Алмаз. [...]

Что-то у меня для начальной скорости 1 км/с в конце падения три Маха не получается. Я посчитал в модели стандартной атмосферы для уравнения сверхзвукового движения. Скорость в конце получается почти 5М. Вот, какая получается картина отвесного падения метеориты диаметром 30 м, плотностью 3500 кг/м3 и соответственно, массой 50 тыс. тонн. Начальная скорость 1 км/с, начальная высота 100 км. По оси абсцисс отложена высота в м, по оси ординат -- скорость в м/с:


Дополнение: для второго случая скорость удара о землю тоже будет не совсем 11 км/с, а 10 км/с. Вот график:


Конечно, поправка небольшая, но раз автор всё равно не приводит выкладки, то тем более стоило бы посчитать точнее...

Edited at 2013-02-23 07:17 pm (UTC)

Я сейчас сверился с оригиналом; возможно я мутновато сформулировал перевод.
Автор подразумевает, что на 100-километровой высоте метеорит брошен без начальной скорости, соответственно земли он достигает на скорости 3М, то бишь около 1 км/с.

Пользователь jenyay сослался на вашу запись в записи «LJournalist #2132» в контексте: [...] метеорит 30-метрового диаметра, летящий со скоростью света? Осторожно, трафик. С комментариями [...]

Пользователь jenyay сослался на вашу запись в записи «LJournalist #2132» в контексте: [...] | Без комментариев [...]

Бешеный алмаз....

"3000 километров в секунду = 0,01c:

В этот раз дела будут плохи. Ситуация становится немного плохо предсказуемой из-за того, на скоростях порядка сотен километров в секунду в воздухе начнутся термоядерные реакции (погуглите название статьи, чтобы найти ее полный текст). В сочетании со старым-добрым плазменным нагревом, может оказаться так что наш метеорит будет полностью разъеден по дороге к земле.

Но ничего хорошего из этого все равно не выйдет. Частицы метеорита не успеют разлететься достаточно далеко, и все равно ударят землю в одной точке. При взрыве выделится в тысячи раз больше энергии, чем в самом мощном термоядерном оружии, полностью уничтожив весь окружающий регион. Будет выгрызен огромный кратер, хотя и не самый большой из тех, что повидала наша планета.
"
Фортунатос тоже так считает. Но никаких физических оснований для этого нет.
Будет яркий огненный столб выше высоты 30 км
http://www.astronomy.ru/forum/index.php/topic,63729.0.html
Ниже --- лишь поток ионов......


Re: Бешеный алмаз....

Там какая-то бешеня портянка по ссылке.

Мнение, что метеорит не долетит до поверхности подтверждено какими либо оценками?

Вопрос любителя)

А можно ли предположить, пусть и чисто теоретически - что скорость метеорита будет настолько велика, что он пройдёт сквозь Землю насквозь, по принципу нейтрино, не причинив ей ощутимого ущерба? И, если такое возможно, какова должна быть такая скорость?



Re: Вопрос любителя)

Нет, нельзя. Нейтрино - очень специфическая частица. Облако атомов углерода - ни разу не нейтрино.

?

Log in

No account? Create an account