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网络大神详解俄罗斯的通古斯大爆炸,别再说和特斯拉磁暴线圈有关了

2017-6-22 01:33| 投稿: xiaotiger |来自: 互联网

摘要: 一般认为就是陨石半空爆炸,当然也有一些少数派理论认为是沼气爆炸,这个相关的资料不多,暂且不理会。但陨石爆炸是很常见的。陨石爆炸导致通古斯大爆炸的概念图如下:冲击波和强光从半空中打下来,在没有陨石坑的情 ...

一般认为就是陨石半空爆炸,当然也有一些少数派理论认为是沼气爆炸,这个相关的资料不多,暂且不理会。但陨石爆炸是很常见的。陨石爆炸导致通古斯大爆炸的概念图如下:

冲击波和强光从半空中打下来,在没有陨石坑的情况下就把很大范围内(图中被映红的部分)的树木烧焦,并使中心点附近的树木辐射状倒下。就像一颗核弹在空中爆炸了一样。只不过能量来自陨石的动能而不是核能。

必须提醒,并不是陨石爆炸本身释放了能量,而是能量的剧烈释放摧毁了陨石本身,而陨石的碎裂又进一步刺激了更多能量的释放。记住一件事:对于动能而言,只要有巨大的过载(加速度),就会瞬间释放巨大的能量。比如跳楼或车祸,下落和高速行驶不会死人,落在气垫上或正常刹车也不会死人,但是撞在硬东西上瞬间停下就会瞬间释放巨大的能量造成伤亡。

然后再介绍一个概念:激波。在流体中运行的物体,如果速度超过了流体的波速(比如音速),前方的流体就来不及躲开而不断堆积,产生一个高压的区域,这个区域与物体之间就有一个流速从超音速突然减到亚音速的屏障或气压突然改变的边界,称为激波。一个足够钝头的物体的激波通常是弓形的。

激波是随物体移动的,所以它本身就能传递能量,它和爆炸产生的冲击波是一回事,都是压力瞬间变化的波。超音速飞机甚至能把地上居民的玻璃给震碎。

在激波堆积的热更是会放出巨大的能量。大家都知道压燃式的柴油机吧,空气一压柴油就着了。空气压缩得越严重,气温就越高。周围的冷空气来不及吸收的热就以热辐射的形式放出去了,当温度高到热辐射的波长短到了可见光范围,我们就看到光了。我们平时看到的流星的光就是这么回事,航天器再入时要防热也是因为这个道理(才是因为“摩擦”呢!)

好了,那能量是怎么“突然”释放出来,像核爆炸那样的呢?两个原因:大气密度和正反馈机制。

这张图只到飞机的巡航高度,这里的大气压都只有海平面的30%不到了。如果画到三万米,你会发现三万米以上的空气压力低到可以忽略不计。地球上90%的空气都集中在12000米以下。然而对于高超音速的陨石来说,速度足以让大量稀薄的空气在前方堆积,它从海拔120KM就开始受到空气阻力,从80KM就开始发光了。

随高度下降,空气稠密程度的增加一开始很慢,然而到了两万米后,突然开始剧烈得变得稠密。空气越稠密,阻力就越大,一般一万米以下物体无法保持超音速运动。往后的事情就很好理解了——陨石从外太空向地面以高于第二宇宙速度(题外话:所有从地球引力场外落到地球上的物体,撞击的速度最低是第二宇宙速度,原因自己想)穿过只有几万米厚的低层大气,这和撞上地面没有太大的区别。就像一个在空气中下落了一千米的人,摔在水泥地上还是摔在水里没啥不同。接触到低空大气的时候,陨石就像撞上了迎面而来的一堵墙,其速度急剧降低(不同质量的陨石损失的速度不同,具体对应关系见文末的英文链接)。能量瞬间变成激波和热释放进了空气。

一般的石陨石(球粒陨石)就是一团散沙,根本无法承受如此巨大的过载与高温。于是在11KM-27KM之间的空中开始碎裂。碎裂破坏了陨石的形状,碎裂处更加加大了阻力,让减速更加剧烈,堆积更多热,放出更多能量。崩溃式的正反馈迅速形成仿佛“凌空核爆”的效果。

2013俄罗斯陨石,触碰低空大气时,瞬间产生的火球比太阳还亮,释放出的能量相当于20个“小男孩”原子弹,这股能量传到地面后震塌了厂房、震碎了居民的玻璃。

高温等离子化了周围的空气,余温还在发光。火球右侧拖出的白烟是碎裂的陨石碎片,它们向前飞不远就不再发光而消失了,因为动能已经在刚才全部放出。现在的速度已经是亚音速。碎片很快就会降低到接近终端速度,沿条带状撒在地上,和一把空气中自由落地的普通碎石一样。

与科幻作品中描绘得不同。多数陨石撞击不会产生那种【一个火球拖着尾巴撞到地上,一道强光闪过,冲击波飞过,尘埃落定后发现地上砸了个大坑】的效果,陨石一般在落地前就把能量释放进了大气,冲击波是从天上来的,地上不会有陨石坑。能撞出陨石坑的陨石要么非常坚硬(比如铁陨石),要么就是特别大(难以被减速),还有少数纯属运气好没碎(通常速度也不快只能砸个小坑)。

低空大气层的巨大空气阻力对于航天器是个非常巨大的危险,所以航天器再入大气层的时候,都会让自己的近拱点擦过地面上空,尽可能切到高空大气里,同时还要让航天器本身有一定的攻角避免在超音速时就落入低空大气,这就是【再入走廊】。

可是陨石不会调整自己的轨道啊,它自己就那么直勾勾地朝着地面撞过来了,自然是一头撞在低层大气上了。当然还有极少数陨石切得太浅,打水漂一样又飞回宇宙了,被称为掠地火球(Earth-grazing fireball),不过那就是另一码事了。

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