Страница 82 из 107
Шелест В.И.
Подробнее в книге: И.Ш.Слободецкий, Л.Г.Асламазов «Задачи по физике», Библиотечка «Квант» выпуск 5, М., Наука, 1980, стр.56.
• ВОПРОС № 46: Что произойдет с человеком, если его выбросить в открытый космос??? Пожалуйста, опишите.
ОТВЕТ: В одном из отчетов НАСА было описано изучение этого вопроса на обезьянах. Оказывается, что при резком занулении давления в барокамере, у человека (то есть обезьяны) есть примерно 15–20 секунд на совершение осмысленных действий. После этого он теряет сознание, а через 40–50 секунд происходят необратимые изменения в мозгу (связанные с острой кессонной болезнью). Утверждается, что взрыва тела не происходит. Дело в том, что если воздух из легких (и остальных полостей тела) беспрепятственно вышел, то в организме только жидкость, которая выделяет пузырьки газа, но сама сразу не вскипает. Между прочим, когда происходит разгерметизация (скажем, на большой высоте), то человек умирает, но на куски его не разрывает. Вспомним наших погибших космонавтов: 20 км — это примерно 1/10 атмосферы — практически вакуум, с интересующей нас точки зрения.
Воробьев П.В.
• ВОПРОС № 47: Почему, несмотря на очень большую температуру, ядро Земли находится в твердом состоянии?
ОТВЕТ: Согласно геофизическим данным, ядро Земли состоит из трех слоев.
Внешний слой (на глубинах 2920–4980 км объемом 15,16 % и массой 29,8 % всей Земли) пропускает продольные, но не поперечные сейсмические волны. По этой причине считается, что этот слой находится в расплавленно-жидком состоянии. Об этом же свидетельствуют данные: о приливных колебаниях внутри Земли (если бы вся Земля была твердой, то приливные колебания на ее поверхности были бы слабее фактически наблюдаемых); о нутационных колебаниях земной оси с периодом около суток (которые без жидкого ядра были бы невозможными); о так называемых чандлеровских колебаниях полюсов (т. е. колебаниях Земли в целом относительно ее оси вращения) с периодом около 1,2 года.
Переходный слой между внешним и внутренним ядром имеет толщину около 140 км. Внутреннее ядро имеет радиус 1250 км, объем около 0,7 % и массу около 1,2 % всей Земли. Продольные сейсмические волны проходят через него с большими скоростями, по сведениям последних лет ср = 11,1-11,4 км/с. В то же время данные об отражениях продольных волн от поверхности внутренней части ядра, а также регистрация сейсмических волн Аляскинского землетрясения 1964 г. показывают, что через нее проходят и поперечные волны (имея здесь довольно малые скорости cs ~ 3,6 км/с); по этим данным внутренняя часть ядра является твердым телом, по-видимому, близким к плавлению.
Подробнее в книге: А.С.Монин «Популярная история Земли», М., Наука, 1980.
То, что внутренняя часть ядра, несмотря на высокую температуру, является твердой, объясняется высоким давлением в недрах Земли: с ростом давления растет температура плавления. Например, для железа температура плавления увеличивается на 0,03 °C при увеличении давления на 10 атм. Оценим, при какой температуре будет плавиться железо в центре Земли. Если бы она была жидкой, то давление в недрах составляло бы более 105 атм. Это увеличит температуру плавления более, чем на 3000 °C. Температура же в ядре Земли оценивается в 3000–4000 К.
Источник: А.В.Бялко «Наша планета — Земля», Библиотечка «Квант» выпуск 29, М., Наука, 1989, стр.88–95.
• ВОПРОС № 48: Почему звезды падают?
ОТВЕТ: Частицы межпланетной пыли, входя в земную атмосферу с большими скоростями, сгорают в ней, превращаясь в метеоры — кратковременные вспышки, которые проносятся по небу и исчезают, оставляя на несколько секунд узкий светящийся след. Этот след в просторечии называют «падающей звездой».
За сутки в атмосфере Земли вспыхивает примерно 108 метеоров ярче 5m. Метеоров, имеющих звездную величину ш, примерно в 2,5 раза больше, чем (m — 1)-й звездной величины.
Очень яркие метеоры — болиды, могут наблюдаться и днем. Болиды сопровождаются иногда выпадением метеоритов. По происхождению и физическому строению большие тела, наблюдаемые как болиды, по-видимому, сильно отличаются от частиц, вызывающих метеорные явления.
Когда метеорная частица вторгается в земную атмосферу со скоростью 11–73 км/с, происходит энергичное взаимодействие между частицей и атмосферой. Это взаимодействие проходит для нас незамеченным, если частица настолько мала, что ее размеры много меньше длины свободного пробега молекул. В верхней атмосфере Земли частица размером 100 мкм и меньше имеет редкие столкновения с молекулами воздуха, которые приводят к замедлению ее движения и потере космической скорости еще на значительной высоте над поверхностью Земли, так как ее кинетическая энергия невелика.
Другое дело — вторжение более крупного метеорного тела, размером от 0,1 мм до 10 см. Такое тело способно увлечь воздушные массы, находящиеся на его пути, передавая им часть своего импульса и теряя кинетическую энергию, как и в предыдущем случае. Но теперь это происходит в несравненно более крупных масштабах. Так как скорость движения метеорного тела в атмосфере значительно превышает скорость звука, образуется ударная волна, за фронтом которой сильно повышается температура — до многих десятков тысяч градусов, так что воздух за летящим метеорным телом сильно ионизуется. С другой стороны, теряемая кинетическая энергия вызывает также и разогревание самого метеорного тела и испарение молекул и атомов с поверхности его. Происходит унос массы метеорного тела, так называемая абляция. При «сдирании» молекул происходит сильное разогревание метеорного тела с поверхности, и мы наблюдаем явление метеора. Вокруг него непрерывно образуется разогретое газовое облачко, частично ионизованное. Разумеется, газы отделяются от метеорного тела и располагаются вдоль его траектории в виде следа, наблюдаемого визуальным, фотографическим или радиолокационным методом, если у него достаточная яркость.
На каком-то участке пути яркость метеора достигает максимума — плавного или сопровождаемого вспышкой, а затем происходит дробление метеорного тела на высотах 40–50 км и резкое замедление его движения в интервале высот от 25 до 15 км. Здесь и крупные метеориты дробятся, после чего выпадают на поверхность Земли в виде метеорного дождя. До дробления лишь самые яркие и медленные метеоры успевают замедлиться до 50 % своей первоначальной скорости. Очень яркие и быстрые болиды, имеющие значительную массу, могут проникнуть до умеренных высот (иногда всего лишь несколько километров над уровнем моря), после чего их движение есть простое падение в атмосфере без заметной начальной скорости.
Но самые крупные метеорные тела весом в сотни тонн достигают поверхности Земли с космической скоростью — их падение носит катастрофический характер. Есть и противоположная возможность: 10 августа 1972 г. в США наблюдался в дневное время метеор, который, как показала последующая обработка наблюдений, пролетел через земную атмосферу, но не упал, а достигнув минимальной высоты 58 км, ушел в космическое пространство, оставив в атмосфере лишь малую часть кинетической энергии. Его масса оценивается в 1000 тонн.
Метеоры загораются тем выше, чем быстрее они движутся, но и гаснут они на большей высоте, чем медленные метеоры, так как они быстро подвергаются дроблению.
Источники:
П.И.Бакулин, Э.В.Кононович, В.И.Мороз «Курс общей астрономии», М., Наука, 1983.
Д.Я.Мартынов «Курс общей астрофизики», М., Наука, 1988.
• ВОПРОС № 49: Что такое метеорный дождь Леонид?
ОТВЕТ: Метеорное вещество в межпланетном пространстве — это наиболее динамичный тип вещества Солнечной системы. Самые малые частицы (радиус меньше, примерно, 0,5 мкм) уходят из Солнечной системы под действием светового давления. Более крупные тормозятся в результате эффекта Робертсона-Пойнтинга, по спиральным орбитам приближаются к Солнцу и падают на него. Эффект Робертсона-Пойнтинга — это торможение тела, движущегося в поле излучения, возникающее из-за того, что в системе координат, связанной с этим телом, вектор силы светового давления имеет компонент, направленный против вектора скорости. Частица, имеющая диаметр 10 мкм и находящаяся на круговой орбите радиусом 3 а.е., в результате этого эффекта падает на Солнце в течение времени порядка 10 лет. Поскольку межпланетное метеорное вещество в результате процессов, связанных с лучевым давлением, непрерывно удаляется из Солнечной системы, то оно должно непрерывно возобновляться, что и происходит в результате разрушения комет и астероидов.