A Cseljabinszk-esemény fizikája - Naukas
Tudomány, szkepticizmus és humor
Vannak olyan fizikai mennyiségek, amelyekkel rendkívül ismerősek vagyunk, és amelyekkel kapcsolatban többé-kevésbé helyes becslést tehetünk az értékekről. Így például homályosan megbecsülhetjük egy tárgy súlyát vagy méretét, annál többet, mint hogy megtartanánk vagy megnéznénk. Más fizikai mennyiségek, például energia vagy nyomás azonban sokkal megfoghatatlanabbak.
Az energiát általában napi kalóriatartalommal használják, főleg a diéták során, és többen is megvilágosodtak olyan ezoterikus kérdésekben, amelyeknek semmi köze a valósághoz. Az energia azonban sokkal több annál, mint amit egy étel elhízni fog, és a Cseljabinszkhoz hasonló események ötletet adnak arról, hogy milyen romboló energia lehet, ha robbanásszerűen szabadul fel.
Ahogy Daniel Marín elmondja nekünk cikk a Cseljabinszk-eseményről a NASA adatai alapján az aszteroida által kifejlesztett energia (ezt a nómenklatúrát fogom használni, bár helyesebb ezt nevezni versenyautó), amikor a légkörben robbanásszerűen körülbelül 500 kilotonnát tett ki, ami kb. 25 atombombának felel meg, mint például azok, amelyek Hirosimára vagy Nagaszakira estek. Abban az esetben, ha még mindig van némi tanácstalanság, a kiloton az energiaegység, amely egyenértékű az 1000 tonna TNT-vel és a megaton az 1 millió tonnával. Ilyen energiamennyiség teljesen elkerüli az összes lehetséges becslést, de hogy képet alkothassunk, nincs jobb, mint néhány példa.
Tehát a dinoszauruszokat 65 millió évvel ezelőtt elpusztító meteorit hatására becslések szerint 192 millió megatonna energiát szabadít fel, és egy kiló anyagot kiló antianyaggal megsemmisítenek, Einstein híres E = mc2 egyenlete szerint. 43 megatonnak felel meg. És emlékszel a 2006-os T4 Barajas elleni ETA-támadás által okozott károkra? Nos, a robbanóanyag mennyisége, amelyet a gépkocsi bombájában becsültek, 200 és 500 kg között van, vagyis a cseljabinszki meteorit energiájának mindössze 0,0001% -a.
15 megaton) 1908-ban
Amint láthatja, az erőszakos és robbanásszerű energiakibocsátás által okozott kár valóban rémisztő, de van egy másik nagyságrend, amelyet általában észre sem vesznek, amelynek pusztító ereje akkora vagy nagyobb: nyomás.
Mindannyian születésünktől kezdve a légköri nyomásnak vannak kitéve. Nem vesszük észre, hogy ott van, de a levegő, amely a fejünk felett van, valóban súlya és testének minden négyzetcentiméterét kb. 1 kg erővel összezúzza. Így 1 atmoszférás nyomás egyenértékű 101325 Pa vagy 760 mm higanyval. Ez a nyomás lehetővé teszi, hogy a levegő megtartsa azt a papírlapot, amellyel vízzel teli poharat borítunk, és megfordítjuk; vagy nehéz helyzetbe hoz minket, amikor megpróbálunk szétválasztani két összekapcsolt félgömböt, amelyekben vákuum keletkezett, amint azt Otto von Guericke már 1654-ben a magdeburgi félgömbökön végzett híres kísérletében kimutatta.
Most mi köze a nyomásnak a Cseljabinszk-eseményhez? Nos, az az igazság, hogy valójában minden, mert ez az aszteroida és az aszteroida által okozott szinte összes kár valódi oka.
Hogyan szétesik egy aszteroida
Mint minden anyag, a levegő is összenyomható, és fizikai tulajdonságai a viselkedését meghatározó állapotegyenletektől függően változnak. Mindannyian megtanítottuk a tipikus ideális gázegyenletet, amellyel elemi és didaktikai számítások végezhetők, de amely nem tükrözi a gáz valós viselkedését. Sokkal bonyolultabb állapotegyenletekhez kell folyamodnunk, ha a normál nyomás- és hőmérsékleti viszonyokon kívülre megyünk, ugyanúgy, mint akkor, ha tanulmányozni akarjuk, mi történik az aszteroidában. Itt a fizika olyan területe majdnem olyan furcsa, mint a kvantummechanika: a nagysebességű fizika. Ebben a világban van hely a legfurcsább jelenségeknek, például a levegőnek, amely kigyullad vagy fémet vág, mintha kés lenne vajvágás.
Mielőtt a Cseljabinszk aszteroidáról folytatnánk a beszélgetést, végezzünk egy kis gondolkodási kísérletet. Mit gondol, mi történne, ha letörne egy vízzel megtörhető és nem deformálható fecskendőt, és teljes erejével megpróbálná megszorítani a dugattyút?
Mint sejtette, a víznek is van bizonyos mértékű összenyomhatósága (nyilvánvalóan sokkal kisebb, mint a gázé), de a nyomtatáshoz szükséges nyomás akkora, hogy soha nem is tudná egy kicsit sem összenyomni. Most képzelje el, hogy elegendő energiája van ahhoz, hogy egyre nagyobb erővel nyomja tovább ennek a törhetetlen fecskendőnek a dugattyúját. A víz addig kezd összenyomódni, amíg el nem éri a határát, és ekkor olyan állapotot keres, ahol a rendszer stabil ilyen nagy nyomás alatt. Vagyis addig emeli a hőmérsékletét, amíg az állapotváltozás révén vízgőzzé nem válik.
Alkalmazzuk ezt az egyszerű gondolatkísérletet egy leeső aszteroida esetére. Az a hatalmas sebesség, amelyet egy aszteroida képes szállítani, 10 és 60 km/s között, és nagy tömege, mintegy 10 000 tonna Cseljabinszknál, dugattyúként hat az előtte levő levegőn, és energiájának egy részét is átadja. Séta vagy futás közben az ember megpróbálja (öntudatlanul) összezúzni az előttünk levő levegőt, de olyan alacsony sebességgel haladunk, hogy a levegő könnyen eltévedhet az utunkból. Egy aszteroida esetében azonban a levegő nem képes elég gyorsan eltávolodni ahhoz, hogy megtisztítsa az utat előtte, ezért elöl fokozatosan összenyomódik. És ha a levegőt "a lehetőségein felül" összenyomják, nagyon érdekes jelenségek jelennek meg.