Удары из космоса и что при этом происходит.
Про особенности процесса удара космических тел в нашу планету я уже писал раньше.
Но, тем не менее, постоянно натыкаюсь на сложности в попытках объяснить что, как и почему происходит при ударах космических тел.
Чтобы в дальнейшем ссылаться на готовую схему, делаю этот пост.
Самое сложное - преодолеть укоренившиеся шаблоны представления. Странное дело - немного кто в жизни видел падение метеорита, но "знают, как оно происходит на самом деле" все.
Подавляющее большинство людей считает, что взрыв происходит вот так:
Ну, или вот так:
Или даже вот так:
Хотя такие взрывы бывают редко. Зато эффектно! Мы любим красивые картинки.
Обычно мощный взрыв выглядит гораздо неприметнее, например так:
Главный шаблон. Взрыв. Принято представлять его примерно так: какое-то время ничего не происходит, потом вдруг раз, бабах! Взорвалось!
Пока сначала ничего не происходит, вроде бы никакой опасности и нет, но вот во время великолепного бабаха и происходят все самые страшные разрушения.
В нашей обычной жизни примерно так всё и происходит. В тех местах и в то время, когда эти взрывы случаются. Если взрывается кем-либо заложенный заряд, или откуда-то прилетевший снаряд и так далее. Ведь даже пока снаряд летит, вроде бы как ничего не происходит. Но вот снаряд ударяет в препятствие и происходит то, для чего он был предназначен, вместе со свето-шумовыми эффектами. Чаще, конечно, с шумовыми. Света там совсем чуток. Например, штатная взрывчатка, тротил, даёт красноватую слабую вспышку, заметную в лучшем случае в сумерках, лучше ночью. И то, если смотреть на то место, где произойдёт взрыв.
Дальше рассмотрю именно то, что происходит со снарядом. Наиболее близкую метеориту (в представлении народном) схему ударного взаимодействия.
Какие моменты являются ключевыми для взрыва снаряда?
1. Скорость полёта снаряда много меньше скорости ударной волны при взрыве и меньше или сравнима со скоростью разлёта осколков.
2. Энергия движения снаряда много меньше энергии его взрыва. Если снаряд не взорвётся, то разрушения, оставленные им, будут минимальны. Ну, сделает он дырку в стене или застрянет там и всё. Опасен он будет в основном тому месту, в которое попадёт. В то время как соседние места вряд ли пострадают. Но вот если он взорвётся, вот тогда да...
3. Проявление сил при столкновении снаряда с препятствием без взрыва проходит на грани, ну или немного за гранью пределов прочности материалов. А в случае взрыва - превышают их. Причём речь, как правило, можно вести о пределах прочности специально изготовленной брони (для бронебойных снарядов), либо же о пределах прочности обычных материалов, самыми прочными из которых является камень, и чей предел прочности серьёзно уступает прочности специально изготовленной брони.
[Upd]Есть даже хороший калькулятор, расчитывающий последствия взрыва снаряда, мощность которого вычисляется исходя из массы и скорости ударника. Но это именно подрыв снаряда, а не удар на скоростях, запредельных для любого взрыва.
Однако, в наше время сверхпрочная броня таковой уже не является. И применяется в вооружениях можно сказать уже чисто формально.
Поскольку давным давно изобретена технология, для которой существенным препятствием будет являться такая толщина брони, которая будет совершенно неподъёмной. Эта технология - в некотором смысле вершина искусства взрывать. Это кумулятивный взрыв. Заряд взрывчатого вещества изготавливается в определённой конфигурации и подрывается строго определённым образом. В результате чего до 80% энергии взрыва направлено в одну сторону. И не просто направлено, а сфокусировано. В результате чего возникает так называемая кумулятивная струя. Даже состоя только из продуктов взрыва, эта струя способна легко пробить даже сверхпрочную броню. Но, для увеличения импульса этой струи, заряд составляют таким образом, что струя формируется из металла. Металлическая струя может пробивать слой брони любой приемлемой для транспортировки толщины. Непробиваемой будет такой слой брони, что, во-первых, слишком дорог, а во-вторых, слишком тяжёл. Поэтому, помимо относительно легко пробиваемой броневой защиты в ход идут уже совсем другие технические приёмы.
В чём особенности такой кумулятивной струи?
1. Она, как и осколки снаряда ранее, состоит из металла. То есть имеет достаточно большой импульс.
2. В отличие от осколков, на создание струи направлено больше половины энергии взрыва. За счёт чего скорость струи становится сравнима или равна скорости детонации. А эта скорость у современных взрывчатых веществ достигает 9км/сек.
3. Давление такой струи на препятствие доходит до 12-15 т/кв.см (12-15 тысяч атмосфер), что обычно на один-два порядка превосходит предел прочности материала преграды.
Кроме того, металл, из которого состоит струя, не расплавлен. И нагревается до температуры не выше 600 градусов. Просто при таких скоростях и давлениях даже нерасплавленный металл ведёт себя подобно жидкости.
Более подробно о технических нюансах, исследованных в лаборатории МВТУ им. Баумана, можно узнать по ссылке-картинке:
Всё это - более менее привычная схема, знакомая практически каждому. Но вот параметры столкновения космических тел с нашей планетой выходят за рамки указанной схемы. Причём не только количественно, как принято представлять космические удары, типа тот же взрыв, только больше, но и качественно. То есть такие столкновения происходят по другому.
Чем же принципиально отличается от взрыва удар космического тела?
Прежде всего скоростью. Если даже для кумулятивного взрыва скорость его воздействия не превышает 10 км/сек, то для относительно крупного космического тела такая скорость соударения с нашей планетой будет минимальной. А в подавляющем большинстве случаев существенно превышать её.
Скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца составляет около 30 км/сек. И столкновение с Землёй астероида или кометы, долгое время летавших по орбите вокруг Солнца, будет лежать в диапазоне от 11 до 72 км/сек.
Что это означает? А то, что воздействие летящего с такой скоростью тела, без дополнительных "начинок" будет превышать по мощности и силе воздействие даже кумулятивный взрыв. Если же при этом образуются обломки, то скорость их разлёта не будет превышать 2 км\сек. Это будет продиктовано прочностью материалов как самого космического пришельца, так и прочностью материалов возникающих на его пути препятствий.
[Не трожь спойлер!]Для более полного понимания происходящего следует учитывать ещё один момент. Пределом прочности материала будет определяться максимальная скорость, до которой можно будет разогнать блок из этого материала с помощью удара по нему чем-либо уже движущимся - либо аналогичным блоком, либо же ударной волной взрыва. То же самое произойдёт и при торможении. Например, для прочности базальта или гранита эта предельная скорость составляет около 1 км/сек. Именно этим объясняется разрушительная природа взрыва, скорость ударной волны которого у современных взрывчатых веществ превышает 2 км/сек.
С другой стороны, даже будучи разрушенным, такой блок будет продолжать оказывать воздействие до тех пор, пока его масса окончательно не потеряет свой импульс.
То есть, скорость, а следовательно и мощность воздействия, самого космического пришельца будет превышать даже скорость образующихся осколков и других продуктов удара. То есть скорость продуктов ударного взрыва будет меньше скорости метеорита! Только одно это меняет привычное представление о взрыве, буквально шиворот-навыворот!
Если же обратить внимание на известные съёмки челябинского метеорита, то их детали вполне подтверждают именно указанные моменты:
И "живьём":
Хорошо видно, что сам взрыв челябинского метеорита имеет, так сказать, вытянутую форму. Это произошло потому, что скорость разлёта продуктов взрыва была много меньше скорости движения самого метеорита. Хотя мощность взрыва, произошедшего на высоте около 20 км была такова, что в районе взрыва как минимум повыбивало окна. Но скорость движения самого метеорита существенно превышала параметры такого мощного взрыва, оценённого специалистами НАСА около 440 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Могут возразить, что при прохождении космическим телом земной атмосферы, а тем более её плотных слоёв, скорость его движения упадёт или вообще уменьшится до минимальных значений. Это не совсем так. Точнее, именно так и будет для относительно небольшого тела, размерами не превышающего пары метров. Но вот для более крупных тел всё будет обстоять иначе. В целом, тормозящий эффект атмосферы падает прямо пропорционально размеру тела. И для достаточно крупных тел тормозящий эффект атмосферы будет ничтожен. Например, начальный размер челябинского метеорита оценили в 17 метров. И уже для такого размера тормозящий эффект не очень плотных слоёв атмосферы был минимальным, что хорошо видно по очень небольшой искривлённости траектории падения. Остатки метеорита после взрыва имели очень небольшую массу и размер и их падение было немедленно заторможено атмосферой до полного отсутствия видимых эффектов.
А что произойдёт, если космический пришелец окажется крупным настолько, что большая его часть долетит до поверхности Земли и ударит в неё со всей его космической дури скорости?
В первую очередь при соприкосновении с плотными слоями атмосферы (высота < 100 км) начнётся процесс разрушения легкоплавкой составляющей метеорита, то есть льда и газов, если они будут в его составе. Этот процесс будет продолжаться вплоть до удара в поверхность. В момент удара выделившаяся в столкновении энергия движения испарит весь лёд, что будет выглядеть огромным взрывом. Как раз таким, после которых остаются чашеобразные углубления, или кратеры. При этом большая часть взрыва произойдёт ниже поверхности земли. То есть даже ледяной метеорит начнёт пробивать поверхность земли и полное его испарение произойдёт в некоторой глубине. Если в составе метеорита будут тугоплавкие компоненты, то всё происходящее окажет на них минимальное воздействие. А сама эта часть метеорита сформирует плотный ударник, который будет являться полным аналогом сверхмощной кумулятивной струи. Таким образом тугоплавкий ударник метеорита уйдёт целиком вглубь земли, пробив то, что я называю трубкой взрыва. Длина пробоя при этом будет превышать 20 или больше его диаметров. Среди хаоса разрушений на поверхности сам пробой вряд ли будет заметен. И может проявиться лишь впоследствии.
Если же у космического пришельца будет отсутствовать ледяная компонента, то из всей вышеописанной феерии останется лишь яркий пролёт и небольшой сейсмический толчок при образовании пробоя. Результат будет подобен тому, что вы все видели на съёмках ямальской дыры, или мургабской дыры. При этом заметность пролёта метеорита будет тем меньше, чем ближе к вертикали будет его траектория. При вертикальной траектории весь полёт метеорита займёт от полутора до девяти секунд, в зависимости от его скорости. Этого времени легко может не хватить даже на то, чтобы обернуться в сторону пролёта.
Таким образом, катастрофичность удара будет напрямую зависеть, в первую очередь, от наличия льда в составе метеорита, и только потом от его размеров.
Остаётся надеяться, что в этот раз у меня получилось изложить детали космических ударов в более доходчивой форме.
Продолжение следует...
Но, тем не менее, постоянно натыкаюсь на сложности в попытках объяснить что, как и почему происходит при ударах космических тел.
Чтобы в дальнейшем ссылаться на готовую схему, делаю этот пост.
Самое сложное - преодолеть укоренившиеся шаблоны представления. Странное дело - немного кто в жизни видел падение метеорита, но "знают, как оно происходит на самом деле" все.
Подавляющее большинство людей считает, что взрыв происходит вот так:
Ну, или вот так:
Или даже вот так:
Хотя такие взрывы бывают редко. Зато эффектно! Мы любим красивые картинки.
Обычно мощный взрыв выглядит гораздо неприметнее, например так:
Главный шаблон. Взрыв. Принято представлять его примерно так: какое-то время ничего не происходит, потом вдруг раз, бабах! Взорвалось!
Пока сначала ничего не происходит, вроде бы никакой опасности и нет, но вот во время великолепного бабаха и происходят все самые страшные разрушения.
В нашей обычной жизни примерно так всё и происходит. В тех местах и в то время, когда эти взрывы случаются. Если взрывается кем-либо заложенный заряд, или откуда-то прилетевший снаряд и так далее. Ведь даже пока снаряд летит, вроде бы как ничего не происходит. Но вот снаряд ударяет в препятствие и происходит то, для чего он был предназначен, вместе со свето-шумовыми эффектами. Чаще, конечно, с шумовыми. Света там совсем чуток. Например, штатная взрывчатка, тротил, даёт красноватую слабую вспышку, заметную в лучшем случае в сумерках, лучше ночью. И то, если смотреть на то место, где произойдёт взрыв.
Дальше рассмотрю именно то, что происходит со снарядом. Наиболее близкую метеориту (в представлении народном) схему ударного взаимодействия.
Какие моменты являются ключевыми для взрыва снаряда?
1. Скорость полёта снаряда много меньше скорости ударной волны при взрыве и меньше или сравнима со скоростью разлёта осколков.
2. Энергия движения снаряда много меньше энергии его взрыва. Если снаряд не взорвётся, то разрушения, оставленные им, будут минимальны. Ну, сделает он дырку в стене или застрянет там и всё. Опасен он будет в основном тому месту, в которое попадёт. В то время как соседние места вряд ли пострадают. Но вот если он взорвётся, вот тогда да...
3. Проявление сил при столкновении снаряда с препятствием без взрыва проходит на грани, ну или немного за гранью пределов прочности материалов. А в случае взрыва - превышают их. Причём речь, как правило, можно вести о пределах прочности специально изготовленной брони (для бронебойных снарядов), либо же о пределах прочности обычных материалов, самыми прочными из которых является камень, и чей предел прочности серьёзно уступает прочности специально изготовленной брони.
[Upd]Есть даже хороший калькулятор, расчитывающий последствия взрыва снаряда, мощность которого вычисляется исходя из массы и скорости ударника. Но это именно подрыв снаряда, а не удар на скоростях, запредельных для любого взрыва.
Однако, в наше время сверхпрочная броня таковой уже не является. И применяется в вооружениях можно сказать уже чисто формально.
Поскольку давным давно изобретена технология, для которой существенным препятствием будет являться такая толщина брони, которая будет совершенно неподъёмной. Эта технология - в некотором смысле вершина искусства взрывать. Это кумулятивный взрыв. Заряд взрывчатого вещества изготавливается в определённой конфигурации и подрывается строго определённым образом. В результате чего до 80% энергии взрыва направлено в одну сторону. И не просто направлено, а сфокусировано. В результате чего возникает так называемая кумулятивная струя. Даже состоя только из продуктов взрыва, эта струя способна легко пробить даже сверхпрочную броню. Но, для увеличения импульса этой струи, заряд составляют таким образом, что струя формируется из металла. Металлическая струя может пробивать слой брони любой приемлемой для транспортировки толщины. Непробиваемой будет такой слой брони, что, во-первых, слишком дорог, а во-вторых, слишком тяжёл. Поэтому, помимо относительно легко пробиваемой броневой защиты в ход идут уже совсем другие технические приёмы.
В чём особенности такой кумулятивной струи?
1. Она, как и осколки снаряда ранее, состоит из металла. То есть имеет достаточно большой импульс.
2. В отличие от осколков, на создание струи направлено больше половины энергии взрыва. За счёт чего скорость струи становится сравнима или равна скорости детонации. А эта скорость у современных взрывчатых веществ достигает 9км/сек.
3. Давление такой струи на препятствие доходит до 12-15 т/кв.см (12-15 тысяч атмосфер), что обычно на один-два порядка превосходит предел прочности материала преграды.
Кроме того, металл, из которого состоит струя, не расплавлен. И нагревается до температуры не выше 600 градусов. Просто при таких скоростях и давлениях даже нерасплавленный металл ведёт себя подобно жидкости.
Более подробно о технических нюансах, исследованных в лаборатории МВТУ им. Баумана, можно узнать по ссылке-картинке:
Всё это - более менее привычная схема, знакомая практически каждому. Но вот параметры столкновения космических тел с нашей планетой выходят за рамки указанной схемы. Причём не только количественно, как принято представлять космические удары, типа тот же взрыв, только больше, но и качественно. То есть такие столкновения происходят по другому.
Чем же принципиально отличается от взрыва удар космического тела?
Прежде всего скоростью. Если даже для кумулятивного взрыва скорость его воздействия не превышает 10 км/сек, то для относительно крупного космического тела такая скорость соударения с нашей планетой будет минимальной. А в подавляющем большинстве случаев существенно превышать её.
Скорость движения Земли по орбите вокруг Солнца составляет около 30 км/сек. И столкновение с Землёй астероида или кометы, долгое время летавших по орбите вокруг Солнца, будет лежать в диапазоне от 11 до 72 км/сек.
Что это означает? А то, что воздействие летящего с такой скоростью тела, без дополнительных "начинок" будет превышать по мощности и силе воздействие даже кумулятивный взрыв. Если же при этом образуются обломки, то скорость их разлёта не будет превышать 2 км\сек. Это будет продиктовано прочностью материалов как самого космического пришельца, так и прочностью материалов возникающих на его пути препятствий.
[Не трожь спойлер!]Для более полного понимания происходящего следует учитывать ещё один момент. Пределом прочности материала будет определяться максимальная скорость, до которой можно будет разогнать блок из этого материала с помощью удара по нему чем-либо уже движущимся - либо аналогичным блоком, либо же ударной волной взрыва. То же самое произойдёт и при торможении. Например, для прочности базальта или гранита эта предельная скорость составляет около 1 км/сек. Именно этим объясняется разрушительная природа взрыва, скорость ударной волны которого у современных взрывчатых веществ превышает 2 км/сек.
С другой стороны, даже будучи разрушенным, такой блок будет продолжать оказывать воздействие до тех пор, пока его масса окончательно не потеряет свой импульс.
То есть, скорость, а следовательно и мощность воздействия, самого космического пришельца будет превышать даже скорость образующихся осколков и других продуктов удара. То есть скорость продуктов ударного взрыва будет меньше скорости метеорита! Только одно это меняет привычное представление о взрыве, буквально шиворот-навыворот!
Если же обратить внимание на известные съёмки челябинского метеорита, то их детали вполне подтверждают именно указанные моменты:
И "живьём":
Click to viewХорошо видно, что сам взрыв челябинского метеорита имеет, так сказать, вытянутую форму. Это произошло потому, что скорость разлёта продуктов взрыва была много меньше скорости движения самого метеорита. Хотя мощность взрыва, произошедшего на высоте около 20 км была такова, что в районе взрыва как минимум повыбивало окна. Но скорость движения самого метеорита существенно превышала параметры такого мощного взрыва, оценённого специалистами НАСА около 440 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Могут возразить, что при прохождении космическим телом земной атмосферы, а тем более её плотных слоёв, скорость его движения упадёт или вообще уменьшится до минимальных значений. Это не совсем так. Точнее, именно так и будет для относительно небольшого тела, размерами не превышающего пары метров. Но вот для более крупных тел всё будет обстоять иначе. В целом, тормозящий эффект атмосферы падает прямо пропорционально размеру тела. И для достаточно крупных тел тормозящий эффект атмосферы будет ничтожен. Например, начальный размер челябинского метеорита оценили в 17 метров. И уже для такого размера тормозящий эффект не очень плотных слоёв атмосферы был минимальным, что хорошо видно по очень небольшой искривлённости траектории падения. Остатки метеорита после взрыва имели очень небольшую массу и размер и их падение было немедленно заторможено атмосферой до полного отсутствия видимых эффектов.
А что произойдёт, если космический пришелец окажется крупным настолько, что большая его часть долетит до поверхности Земли и ударит в неё со всей его космической дури скорости?
В первую очередь при соприкосновении с плотными слоями атмосферы (высота < 100 км) начнётся процесс разрушения легкоплавкой составляющей метеорита, то есть льда и газов, если они будут в его составе. Этот процесс будет продолжаться вплоть до удара в поверхность. В момент удара выделившаяся в столкновении энергия движения испарит весь лёд, что будет выглядеть огромным взрывом. Как раз таким, после которых остаются чашеобразные углубления, или кратеры. При этом большая часть взрыва произойдёт ниже поверхности земли. То есть даже ледяной метеорит начнёт пробивать поверхность земли и полное его испарение произойдёт в некоторой глубине. Если в составе метеорита будут тугоплавкие компоненты, то всё происходящее окажет на них минимальное воздействие. А сама эта часть метеорита сформирует плотный ударник, который будет являться полным аналогом сверхмощной кумулятивной струи. Таким образом тугоплавкий ударник метеорита уйдёт целиком вглубь земли, пробив то, что я называю трубкой взрыва. Длина пробоя при этом будет превышать 20 или больше его диаметров. Среди хаоса разрушений на поверхности сам пробой вряд ли будет заметен. И может проявиться лишь впоследствии.
Если же у космического пришельца будет отсутствовать ледяная компонента, то из всей вышеописанной феерии останется лишь яркий пролёт и небольшой сейсмический толчок при образовании пробоя. Результат будет подобен тому, что вы все видели на съёмках ямальской дыры, или мургабской дыры. При этом заметность пролёта метеорита будет тем меньше, чем ближе к вертикали будет его траектория. При вертикальной траектории весь полёт метеорита займёт от полутора до девяти секунд, в зависимости от его скорости. Этого времени легко может не хватить даже на то, чтобы обернуться в сторону пролёта.
Таким образом, катастрофичность удара будет напрямую зависеть, в первую очередь, от наличия льда в составе метеорита, и только потом от его размеров.
Остаётся надеяться, что в этот раз у меня получилось изложить детали космических ударов в более доходчивой форме.
Продолжение следует...