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小行星撞地球的破坏条件分析

2019-10-06  138牛牛

通古斯事件

1908年6月30日早晨,位于俄罗斯西伯利亚地区贝加尔湖西北的通古斯河,耀眼的蓝色光芒划破天际,几声巨响过后,2150平方公里内的原始森林被夷为平地,超过80万株大树被摧毁,好在这个地区人烟稀少,事件只造成3人伤亡,这就是著名的通古斯大爆炸事件。111年过去了,引起大爆炸的原因依然是许多人争论的话题。

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通古斯森林倒伏的树木

一百多年来,与通古斯事件相关的学术论文多达1000余篇,对于其原因的分析也是千奇百怪说啥的都有。根据事后的计算,通古斯大爆炸相当于1000~3000万吨TNT爆炸当量造成的破坏,这大约是广岛原子弹的1000倍,也相当于美国和前苏联所制造最大氢弹的爆炸威力。要知道,在1908年没有人知道核炸弹这种东西,通古斯也没有检测到核辐射。


核爆炸

通古斯事件因何而起?调查人员首先找到了附近村庄的原住民和俄罗斯移民了解情况。通过对众多目击者描述的综合分析,大致得到以下的过程:早上7点17分左右,晴朗的天空中首先出现一道刺眼的光芒,它在天空移动,几乎与太阳一样明亮。紧接着类似火炮爆炸的声音从东方传过来,冲击波将人们击倒,有些人被扔出好几米远。天空似乎被火覆盖,人们感觉到强烈的热风吹袭,几乎令人无法忍受,衣服仿佛要被点着一样。天空中巨大的火球一个接着一个,伴随着巨大的爆炸声向北方而去,森林被成片击倒,树顶折断,门窗破碎,有些木屋被摧垮。当远处爆炸声响起时,整个地面都在剧烈震动,房屋摇晃。

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小行星袭击地球

通过俄罗斯探险队的调查结果以及当时俄罗斯媒体的报道情况,我们可以了解到这应该是一起典型的陨石坠落事件。但奇怪的是在通古斯爆炸的核心区域,人们并没有发现陨石坑,也没有找到巨大的陨石或稍小的陨石碎片。大家能看到的只有成片倒伏的树木,有些树干甚至被完全击碎。这也是后来关于通古斯大爆炸出现众多解释版本的原因之一。

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撞击坑的形成

车里雅宾斯克陨石坠落事件

2013年2月15日,几乎所有天文学家都将目光聚焦在一颗编号为2012 DA14的小行星上,这颗20×40米大小的小行星正以极快的速度从距离地球2.7万公里的空中掠过,这个高度比许多人造卫星的轨道还低,因此足以引起西方科学家的重视,美国的戈德斯通天文台拍下了这颗小行星的雷达图像。

就在同一天,另一颗正在接近地球的小行星却被忽略掉了,它由东南向西偏北在俄罗斯车里雅宾斯克附近划破天空,并坠毁在地面。这颗小行星的直径大约也在20米左右,18.6公里/秒的速度产生超过2000℃的高温,使这颗石陨石无法承受巨大的压力,它在距离地面大约23.3公里处开始崩溃解体,由此产生巨大的爆炸冲击波毁坏了沿途房屋的门窗,玻璃碎片造成2000多人受伤。

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车里雅宾斯克陨石坠落地图

事后科学家们根据收集到的数据计算,推断车里雅宾斯克陨石的直径约为18米,进入大气层前的质量约为1.1万吨,它的爆炸威力相当于一颗50万吨TNT原子弹的爆炸当量,这成为近年来人类观测到的破坏力最大的一次陨石坠落事件。

相似的陨石,不同的结果

值得注意的是,在车里雅宾斯克陨石坠落事件发生后,人们并没有发现巨大的陨石碎片,也没有在地面找到任何陨石坑,由于当地人口稀少,在修复门窗之后,一切都恢复平静。天文学家和陨石爱好者们只在Chebarkul湖面上一个破碎的冰洞附近找到少许指甲盖大小的陨石碎屑。

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车里雅宾斯克陨石碎屑

同样是20米左右大小,5万年前另一颗降落在美国亚利桑那州沙漠中的陨石造成的破坏则完全不同,它在地面硬是砸出了一个直径达1.18公里、深达170米的大坑。科学家们经过计算机建模得出的结论是,这是一颗铁陨石以12.8公里/秒的速度撞击地面,由此产生1000万吨TNT当量的爆炸造成的大坑。

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亚利桑那州巨大的陨石坑

通古斯爆炸如果也是小行星袭击地球,这颗小行星会有多大?它的直径也是20米左右,并且种种迹象表明它与车里雅宾斯克陨石一样,都是石陨石。

为什么同样是石陨石,同样都是20米直径大小,车里雅宾斯克陨石的爆炸当量是50万吨TNT,通古斯爆炸的爆炸当量则高达1000万吨以上,但它却没有造成亚利桑那州同样的陨石坑?这一直困扰人们许多年的疑问。对这些疑问的解释是:陨石坠落所造成的破坏,与它的成分、速度、坠落角度以及坠落的位置都有关系。

陨石坠落的破坏性分析

一、成分:

太空中的小行星通常分为铁陨石、石陨石和铁石陨石三类。铁陨石坚硬、密度大,它在与大气层的强烈摩擦下不容易分解破碎,因此它通常是整块地坠落到地面,对地表产生的破坏力巨大,因此会造成很大的陨石坑。

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一块巨大的陨铁

而石陨石是由许多很小的矿物质颗粒物在太空中聚集而成,当它们高速进入到大气层时,强烈的摩擦力会使其产生高温,陨石会在高温高压下崩解爆炸,由此会在半空中形成冲击波。但在陨石碎片落到地前,许多都已经被烧蚀殆尽,变成难以寻找的细小颗粒。因此,石陨石相对于铁陨石不容易在地面造成撞击坑。

有人认为造成通古斯爆炸的是彗星残片而非小行星陨石,后来的实地调查证据推翻了这一观点。科学家们在广大地区倒伏的树木残骸上找到了大量细小的陨石微粒,这证明爆炸是由小行星造成的,只不过时间上与恩克彗星相遇事件比较接近罢了。

二、速度

地球存在自转角速度,地球围绕太阳公转也有一个向前的速度,当这两个速度相叠加,地表某一个点在空间中与遭遇小行星的相对速度差异非常大。当二者迎头相撞时,小行星的坠落速度很快,其破坏力随之增大,而当二者同向遭遇时,陨石进入大气层的速度则要小得多,其破坏力自然也随之减小。

小行星撞地球的破坏条件分析

超高速飞行的弹头前方会形成冲击激波

三、坠落角度

科学家们认为,之所以通古斯陨石与车里雅宾斯克陨石的大小相仿,却能拥有巨大的爆炸当量,恰恰是因为车里雅宾斯克陨石坠落的角度与地面呈20°左右的夹角,而通古斯陨石的坠落角度则要大得多,大约在30°~40°之间。

陨石在高速坠落的过程中,它的前方会剧烈压缩空气,由此在其周围产生强烈的爆炸冲击波,冲击波前方的破坏力最强,而在激波的侧向破坏力会迅速降低。因此陨石入射角度的大小决定了其破坏力的大小,同样是直径20米的石陨石,通古斯爆炸的当量是车里雅宾斯克陨石的20倍以上。

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车里雅宾斯克陨石坠落的角度与地面呈20°左右的夹角

四、坠落位置

车里雅宾斯克是俄罗斯中南部的一座小城,人口不多,因此车里雅宾斯克陨石尽管拥有50万吨TNT的爆炸当量,它也仅造成了玻璃破碎,人员划伤。通古斯爆炸更是发生在西伯利亚森林的深处,尽管破坏力巨大,造成的损失却很小。

如果同样的坠落事件发生在人口密集的城市地区,这将是一次巨大的劫难。

总结:

通古斯事件是一次由小行星撞击地球引发的陨石坠落事件,它之所以能造成巨大的破坏又无从找寻痕迹,是因为它的成分、坠落速度和角度等因素叠加作用的结果。

小行星撞地球的破坏条件分析  

小行星是地球最大的威胁

在111年前,一颗由许多碎石聚集而成的巨大小行星偶然进入了地球轨道,它以65000公里/小时的速度进入大气层并与空气剧烈摩擦,燃烧产生了数千度的高温并发出耀眼的光芒。小行星在大气中超音速飞行,它的强大激波横扫沿途的村庄,最后在通古斯河上空几千米的地方爆炸解体化为灰烬,而爆炸产生的冲击波与一枚千万吨级的氢弹一样摧毁了周围2150平方公里以内的所有森林,同时为后人留下无数谜团。

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