5吨大冰球,从万米高空和太空掉落有啥区别?

这是一个非常有趣的话题,按理来说越高的地方掉落的话重力势能所释放的能量就会越大,这道理很简单如果一个保龄球从桌子上掉落肯定会砸伤脚,但如果从一层楼高度掉落的话,可能会致残甚至致死,那假如一个大冰块从100千米的太空掉下来会砸死人吗?

五吨冰块万米高空掉落能量有多大?

就假设它是10000米,这个高度大约是国际航班巡航的高度,五吨的冰块不太可能到这个高度,但我们就按标题假设的那样,从10000米高度掉落!

V=√2gH

如果忽略空气阻力,末速度公式为2gH开根号,将上述参数代入公式,得:

V=442米/秒

按动能公式:Ek=(mv^2)/2计算

Ek=488410000J

约合:0.11673吨TNT发生爆炸,大约是117千克!

或者使用重力势能公式:Ep = mgh,代入计算得:490000000J

约合:0.117吨TNT,即:117千克TNT的当量

如果加入空气阻力,那么这个数值会小很多,但毫无疑问会砸死人!因为这个5吨,10000米这两个数值实在是太大了!

一辆被房顶约一块约一吨的冰块砸中的车

五吨冰块从100千米高度掉落能量有多大?

当这5吨的冰块从100千米高度掉落时,加入忽略空气阻力的话就太恐怖了

按Ep = mgh,计算得:49000000000J

约合:11.71吨TNT

可能大家对11.7吨没啥概念,但二战著名的轰炸机B17的载弹量只有8吨,B29只有9.5吨,也就是说这个5吨中的大冰块如果忽略空气阻力从100千米高度掉落的能量,即使B29丢下所有的炸药也无法与之媲美!

但事实上并不能如此计算,因为从100千米高度进入地球,必须要考虑一个高超音速激波加热的空气动力效应,比如它将在如下几个节点达到相应的速度:

掉落5897.959米时即:5.9千米时将超过海平面的音速:340米/秒

掉落589795.9米时即:59千米时将超过海平面十倍音速:3400米/秒

高超音速下的气动加热

高超音速气动加热是一个因素,但更大的因素是越到低空,这个冰球(按冰的密度计算这个5吨的冰球直径大约2.2米),前后所受到的压力差相当大,将完全超过整个冰块的结构强度,也就是说它将会在掉落的过程中解体,分解为数块,甚至粉碎性爆炸,成为弥散大气层中的一团冰雾!

这也是很多小行星在低空发生爆炸的重要原因,比如车里雅宾斯克的小行星就是这个命运,不过它的直径超过了17米,因此爆炸造成了地面损失!而早先通古斯卡的爆炸影响却更大,所幸爆炸发生在人迹罕至的西伯利亚通古斯卡地区。

当然通古斯爆炸我们只能根据地面爆照结果分析取得数据,但事实上在2019年早些时候的卫星照片也拍摄到了在空中爆炸的小行星!

2019年2月白令海峡上空爆炸的小行星

这颗在白令海峡上空爆炸的小行星大约相当于20万吨TNT当量,犹如一缕烟气飘散在了空中!

地球每年从太空获得的水

其实这样的事情每天都在地球的大气层内上演,1996年2月NASA的“波拉”卫星观测到大气层的一些暗斑,后经过分析发现,这是水冰彗星在进入大气层后形成的水蒸气云团。

这也成了地球海洋中水的重要来源。

废话了那么多,肯定有朋友会问,假如是个石头呢?还会掉到地球上吗?这确实是个好问题,假如是个高强度的铁陨石材质,那么掉落地球上完全是没有问题的,但如果是个松散材质的就不一定了,也许会碎裂成多块,也许会粉碎性解体,或者在大气层中燃烧殆尽,掉落地面的可能性就不大了!

所以大气层是个好东西,不只是呼吸,还能保护我们不被陨石轰击,未来的月面基地建设可就没有任何保护了,因此基地选址在深深的月面以下也许是最好的选择,否则一粒微陨石可能就会直接穿透外壳破坏密封,造成严重事故!