На рисунке показаны три тела, летящие с разными скоростями. Спортивный самолёт имеет небольшую скорость движения до 300 км/ч, поэтому по звуку моторов, можем определить место его нахождения, то есть сначала мы слышим гул, вслед за которым видим самолёт.
В местностях, над которыми проходят маршруты самолётов, летающих со сверхзвуковой скоростью, часто можно наблюдать такое явление, когда вдруг раздаётся громкий выстрел, от которого дрожат все стёкла в домах и срабатывает сигнализация машин. После громкого выстрела слышен спокойный ровный гул реактивного двигателя. Говорят, что самолёт преодолел сверхзвуковой барьер, но на самом деле он нечего не преодолевал, не переключал скорость таким образом, он просто летел со скоростью большей скорости звука. Если учесть, что скорость звука равна 330 м/с или 1188 км/ч, то самолёт, летящий со скоростью 1300 км/ч или 361 м/с, будет его обгонять на 31 метр. Это значит, что мы сначала увидим самолёт, а уже потом услышим его двигатели. Так как звуку приходится догонять самолёт, который постоянно издаёт звук, то образуется зона, где задний звук накладывается на передний. Возникает очень плотный звуковой фронт или ударная волна. На рисунке видно, что сверхзвуковой самолёт прошёл путь S 1 , прежде чем звук его двигателей достиг пункта «А». В этой точке собрался весь звук, который был издан самолётом за время прохождения пути S 1. Чем выше скорость, тем больше путь, тем плотнее ударная волна. На фотографиях ниже видно распространение звуковой волны. Конечно, увидеть звук невозможно, но нам в этом помог туман, который сконденсировался в зоне разряжения, идущей вслед за ударной волной.
Скорость распространения звуковой волны в различных средах разная. Так в воздухе скорость звука растёт с увеличением температуры и давления. При нормальном давлении с увеличением температуры на 10 С скорость звука увеличивается на 0,17%. При увеличении давления эта цифра ещё больше. Это важно осознавать вот по какой причине. Те взрывы, от которых дрожали стёкла окон, производили не военные, а гражданские самолёты Ту-154, которые двигались по своему маршруту с крейсерской скоростью 900 км/ч на высоте 12000 метров. На этой высоте атмосферное давление составляет всего 0,25 А и температура около -500 -600 С. Только изменение одного параметра – температуры снижает скорость звука с 1188 км/ч до 1044 км/ч, а если учесть изменение давления, то обычный пассажирский самолёт с турбореактивными двигателями становится сверхзвуковым. Ударный фронт звуковой волны от двигателей Ту-154 на высоте 12000 метров отставал от самолёта, но затем с повышением температуры и увеличением атмосферного давления догонял его проекцию на земле, при этом ударная волна, образованная на высоте 12-и километров имела вид серпа, обращённого остриём вверх.
На нижней строчке рисунка показана ударная волна, образованная метеоритом. Так как скорость движения метеорита на порядки больше скорости движения самолёта, то путь S 2 , на котором звук, складываясь, образует ударную волну, будет значительно больше S 1 . Падение метеорита 15 февраля 2013 года в Челябинске наглядно это продемонстрировал. Непонятным остаётся один вопрос, работающий турбореактивный двигатель постоянно создаёт громкий звук, но у метеорита двигателей нет.
Звук возникает при резком изменении давления. Твёрдое вещество динамита мгновенно разрушается, образуя газ. Этот газ заключён в объёме куска динамита, поэтому резко начинает расширяться, образуя ударную волну. Электрический разряд молнии разогревает воздух внутри искры до нескольких миллионов градусов, от чего тот резко расширяясь, создаёт ударную волну, которую мы слышим как гром. Яркость горения тела метеорита видели все и отметили, что излучение было настолько сильным, что с ним не справлялась видеотехника, и от огненного шара было жарко.
Откуда взялась такая температура? Ответ прост. Метеорит раскалился от трения о воздух. Но это не так. Я ещё раз повторюсь, что согласно первому закону термодинамики «Внутренняя энергия может изменяться только под влиянием внешних воздействий, то есть в результате сообщения системе количества теплоты Q и совершения над ней работы (- А ):», я бы сказал – «или совершения над ней работы».
U2-U1=Q+(-A) или Q=A+дельтаU
Говоря проще, при сжатии, газ нагревается, при расширении – остывает. Во время движения метеорита с космической скоростью в атмосфере планеты, он сжимает перед собой воздух, так как последний имеет массу, а следовательно, из-за своей инерции не может мгновенно расступиться. Так как метеорит обладает очень большой скоростью движения, то и работу «А» над газом он совершает значительную. Разогретый газ перед метеоритом отдаёт своё тепло самому метеориту, от чего тот нагревается. Так как передача тепла происходит постоянно и увеличивается с ростом плотности атмосферы, а из-за огромной совершённой работы над газом «А» значения « Q » достигают колоссальных значений, внешний слой метеорита разогревается до десятков тысяч градусов. Каким бы ни был химический состав метеорита, он всё равно испарится и сгорит от жара сжатого воздуха. С приближением к поверхности Земли плотность атмосферы увеличивается в геометрической прогрессии, поэтому светимость метеорита постепенно увеличивается, достигая своего максимума у самой поверхности. Возникает впечатление, будто он взрывается. Но взрыва никакого нет. Разогретый до нескольких тысяч градусов воздух и вещество метеорита, как и воздух внутри молнии, начинает резко расширяться, создавая ударную волну. Это происходит на всём пути следования метеорита в атмосфере, поэтому складываясь, ударная волна обретает очень плотный фронт.
Долетит ли метеорит до земли или нет, зависит не только от его массы, но и от траектории движения. Если небольшое космическое тело в несколько килограмм с небольшой скоростью, например, 20 км/с, будет двигаться перпендикулярно поверхности Земли, то скорей всего оно упадёт на поверхность планеты, так как не успеет за 2-3 секунды полностью сгореть. Но если это же тело будет иметь траекторию движения почти по касательной, то вероятность его падения на землю близится к нулю.
Челябинский метеорит хоть и принёс много ущерба и разрушений, но для меня он был подарком небес. Люди знают, что ударная волна образуется только при взрыве, поэтому после вылета всех окон в городе поспешили объявить о взрыве метеорита. Учёные из NASA подсчитали, что взрыв был эквивалентен 500 000 тоннам тротила. Россияне всех успокоили и выставили 150-200 килотонн.
Очень серьёзно обсуждалось в прессе и на телевидении, что метеорит, который весил 10 тонн, взорвали инопланетяне. Неужели дым от сгоревшего метеорита весит десять тонн?
Как бы там ни было, но Челябинский метеорит открыл тайну, над которой ломают голову уже более века лучшие умы человечества – тайну Тунгусского метеорита. Это тело не было кометой, его не взрывали инопланетяне сверхоружием и Никола Тесла своей электрической вышкой, это был обычный метеорит достаточно внушительных размеров, который двигался под очень малым углом к поверхности планеты. Более того, учёные нашли его обломки, но из-за уникальности его химического состава, отнесли их к техногенным соединениям, то есть к осколкам НЛО. А уникальности здесь никакой нет, сплав железа с чистым кремнием в равных пропорциях вполне нормальное соединение, из которого когда-то состояла наша Земля. О возникновении подобных соединений и многих других описано в статье «Геология Земли». Возможно, именно химический состав этого метеорита способствовал возникновению той колоссальной ударной волны, которой обладал Тунгусский метеорит, так как чистый кремний при нагревании свыше 8000 С становится мягким, а при температуре 4000 -5000 С окисляется кислородом воздуха, то есть горит. Железо, мы знаем, отлично горит с выделением огромного количества тепла, а пористое железо, из которого выгорел кремний, горит ещё лучше. Вот что об этом написано в Большой советской энциклопедии:
Тунгусский метеорит
название уникального природного события, имевшего место 30 июня 1908 в 7 часов утра по местному времени в бассейне р. Подкаменная Тунгуска (ныне Эвенкийский национальный округ Красноярского края РСФСР), напоминавшего явления, сопровождающие падения метеоритов, но отличавшегося огромными масштабами.
В течение нескольких секунд наблюдался ослепительный яркий болид (см. Метеоры ), перемещавшийся по небу с Ю.-В. на С.-З. На пути движения болида, который был виден на огромной территории Восточной Сибири (в радиусе до 800 км ), остался мощный пылевой след, сохранявшийся в течение нескольких часов. После световых явлений был слышен взрыв на расстоянии свыше 1000 км . Во многих селениях ощущалось сотрясение почвы и построек, подобное землетрясению, раскалывались оконные стекла, с полок падала домашняя утварь, качались висячие предметы и т.д. Многие люди, а также различные домашние животные воздушной волной были свалены с ног. Сейсмографы в Иркутске и в ряде мест Западной Европы зарегистрировали сейсмическую волну. Воздушная взрывная волна была зафиксирована на барограммах, полученных на многих сибирских метеорологических станциях, в Петербурге и ряде метеорологических станций в Великобритании.
Впервые эпицентр описанных явлений обследовал в 1927 Л. А. Кулик . Им был обнаружен радиальный вывал леса ( рис. 1 ) вокруг эпицентра в радиусе до 15—30 км ; здесь же на уцелевших деревьях позднейшими экспедициями замечены следы своеобразного ожога. В центральной части этой области были обнаружены круглые ямы, заполненные водой и ошибочно принятые Куликом за метеоритные воронки.
Разве описания падения Тунгусского метеорита не похожи на недавние события в Челябинске? Масштабы разрушения разные, но ход событий один и тот же. Время прохождения тел по небесному своду тоже приблизительно равно. На карте показана траектория движения Тунгусского метеорита.
Как видим, от вхождения в атмосферу до полного сгорания метеорита в её плотных слоях прошло не одна и не три секунды. К месту, называемому эпицентром взрыва, тело подлетело уже сильно разогретым, поэтому при ударе о нижние плотные слои атмосферы оно могло рассыпаться на многочисленные фрагменты, тем самым увеличив площадь испаряющейся поверхности болида. Отмечается, что на месте падения Тунгусского метеорита найдены мелкие частицы космического происхождения по составу силикатные и железоникелевые. Отмечалось, что было несколько взрывав – один мощный и несколько послабей доносящиеся эхом. Помните серповидную ударную волну самолёта из верхних слоёв атмосферы?
Постепенно мы подошли к самому интересному вопросу – «Почему метеориты взрываются»?
Вспомним, что любой объём вещества имеет массу, которая не является параметром постоянным. Масса тела зависит только от ускорения, испытываемого веществом в объёме этого тела. Давайте рассчитаем массу одного литра воздуха при столкновении его с метеоритом, летящего с первой космической скоростью. Итак, масса 1 моля воздуха (22,4 л) равна 29 граммов, следовательно, 1 литр воздуха имеет массу 1,29 граммов. Рассчитаем ускорение, которое испытает литр воздуха при обретении скорости от 0 до 7000 м/с, a =υ1 -υ0/t , a = 7000/0,0000142857 с = 490000490 м/с2 . Подставляя данные в формулу m = a М n / 9 , 8 , получаем, что масса одного литра воздуха при столкновении с телом, имеющим скорость 7000 м/с, будет равна 64500064 гр, или 64,5 тонн. Вы можете сказать, что это полный бред. Я рассчитал массу одного литра воздуха при столкновении его с телом, имеющим скорость 100 км/ч или 27,7 м/с, и получил величину 101 грамм. На скорости 100 км/ч я высунул в открытое окно машины электронные весы со столиком, площадью 100 см2 , которые показали мне вес от 110 до 400 граммов. Понятно, что о никакой чистоте эксперимента речи быть не может, так как обтекая машину, воздух образует области с разной плотностью, и тем не менее, показатели электронных весов оказались выше, а не ниже расчётной массы. Далее я рассчитал массу одного литра воздуха при столкновении с телом, имеющим скорость движения 7 км/ч, на высоте 100 км. Плотность воздуха на этих высотах составляет 0,001 гр/м3 . Подставляя значения в формулу, имеем: m =490000490*0,000001/9,8=49,6 граммов.
Если рассматривать атмосферу Земли в целом, то она делится на несколько зон. Свыше 80% массы атмосферы вмещается в слой от 0 до 10-12 километров, но молекулы и атомы кислорода и азота заполняют пространство до 500 километров от поверхности планеты. От 600 до 2000 километров простирается гелиевая атмосфера, а на высоте 2-20 тыс. км находится водородная корона Земли. Из этого следует, что любое тело с космической скоростью не сразу испытает на себе последствия взаимодействия с массой атмосферы. Ниже показано, как меняется масса 1 литра воздуха на разных высотах, при столкновении с телом, имеющим скорость движения 7 км/с:
70 км – 5 кг 15 км – 9750 кг,
50 км – 50 кг 12 км – 15,6 т,
35 км – 500 кг 10 км – 20,7 т,
20 км – 4,450 кг 5 км – 36,8 т.
Как видим, метеорит не сразу испытывает колоссальное ускорение. Оно вырастает постепенно, начиная с высот в несколько тысяч километров, и принимает максимальные значения от 30 до 5 километров от поверхности Земли. Формула m = a М n / 9 , 8 явно указывает на то, что чем выше скорость движения метеорита, тем меньше вероятность того, что он упадёт на Землю. Один литр воздуха, весящий в состоянии покоя 1,29 гр. при ускорении от 0 до 7000 км/с обретает массу в 64,5 тонны. Чем выше скорость, тем больше масса воздуха.
Странно слышать, что воздух имеет массу, которая от взаимодействия с другими массами может изменяться. Но как можно объяснить с физической точки зрения полёт птиц? Третий закон Ньютона гласит, что сила действия равна силе противодействия, а это значит, что при взмахе крыльями пятикилограммовый гусь отталкивается от пяти килограммов воздуха. Если крыло маленькое, как у утки, то приходится резче бить о воздух, придавая ему большее ускорение, при этом масса воздуха будет равна массе утки. Стотонный самолёт поднимает не неведомая подъёмная сила, а ударившийся о закрылки воздух, и чтобы нагнать его массу до массы лайнера, самолёт приходится сильно разогнать.
Если мы исследуем рельеф нашей планеты, то заметим, что на её поверхности очень мало кратеров от метеоритов средних размеров, скажем от 0,5 до 5 метров. Если такие тела и падают на Землю, то они являются осколками более крупных метеоритов. Да, в музеях можно найти метеориты 0,5-1 метр в диаметре, но они представляют собой оплавленные глыбы из железоникелевого сплава, которые не успели сгореть в плотных слоях атмосферы. Возможно, их скорость была недостаточно большой.
Может возникнуть вопрос, почему капсула с космонавтами из стеклопластика не сгорает, а железный метеорит сгорает, и даже со взрывом?
Инженеры всё сделали для того, чтобы максимально снизить скорость капсулы в атмосфере. На высоте 380 км её тормозят реактивные двигатели, на 140 км происходит отстыковка от тормозного блока, после чего капсула своим объёмом тормозит о воздух. На высоте 35 км она уже имеет скорость 160-170 м/с, а на 10 км после выброса парашюта её скорость составляет 35 м/с, при приземлении 2 м/с. Капсула объёмом около 3 м3 имеет вес чуть больше 2-х тонн. Метеорит того же объёма имел бы вес более 25 тонн. Согласно третьему закону Ньютона, взаимодействуя с массой воздуха, лёгкая капсула быстро теряет скорость ещё в верхних слоях атмосферы, и на высоте 35 км она уже движется со скоростью 160 м/с или 580 км/ч. Массивные метеориты с гораздо большей первоначальной скоростью слабо тормозятся в верхних слоях атмосферы и врезаются в её плотные слои на скорости не 170 м/с, а километры в секунду. Масса воздуха при взаимодействии с такими телами вырастает с 1,29 грамм/л до десятков тонн, то есть в миллионы раз, а это значит, что на границе метеорит – воздух вполне возможно протекание термоядерных реакций . Это могло бы объяснить, почему при сгорании 10-и тонного Челябинского метеорита выделились килотонны энергии в тротиловом эквиваленте, почему эпицентр взрыва Тунгусского метеорита очень похож на эпицентр взрыва водородной бомбы. Складываются все необходимые условия для протекания термоядерных реакций: это огромная температура от сжатия воздуха поверхностью метеорита, и уменьшение его объёмов на многие порядки. Понятно, что для термоядерной реакции не обязательно нужен тритий или дейтерий, она может проходить при слиянии ядер любых элементов, главное, чтобы сложились определённые условия.
Хотелось бы несколько слов сказать ещё об одной проблеме, так или иначе связанной с атмосферой. В астрономии существует термин - «предел Роша», введённый ещё в 1848 году французским учёным Эдуардом Рошем. По его утверждениям, если спутник любой планеты приблизится к ней на определённое расстояние, то его разорвут «приливные силы». Эти выводы он сделал, глядя на кольца Сатурна. Рош предположил, что раз его спутники находятся дальше колец и имеют круглую форму, то это значит, что пыль (строительный материал планет) смогла слепиться, образовав тело. Если та же пыль, находящаяся ближе к планете, не смогла слепиться и образовать круглое тело, то ей что-то помешало. Рош посчитал этим «что-то» «приливные силы». Он даже формулу вывел.
Я могу понять учёного XIX века, делающего такие выводы на основании имеющихся данных, но понимать современных астрономов отказываюсь. Они даже в доказательство этой теории приводят пример столкновения группы комет Шумейкера – Леви-9 с Юпитером 7 июля 1992 года. На кадрах видеохроники нет ни одного доказательства распада единой кометы на фрагменты вблизи Юпитера. Со слов участников наблюдений, крупную комету никто не видел, заметили сразу цепочку из 9-и комет, идущих друг за другом на приличном расстоянии. Если бы комета распалась вблизи Юпитера на несколько фрагментов, то эти осколки летели бы роем, но никак не цепочкой. Далее зафиксировано вхождение тел в атмосферу планеты, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Экстраординарного в этом ничего нет. Более того, по расчётам Роша, есть ограничения по размерам. Тела, имеющие в диаметре менее 220 км, распадаться не должны. Неужели комета была такой огромной? И самый главный вопрос: почему физики до сих пор не усомнились в верности расчётов Роша. Задолго до этих расчётов ещё в 1666 году Великий Ньютон открыл Закон всеобщего тяготения, согласно которому, сила взаимного притяжения двух тел пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними: . Планета, как единое целое, существует благодаря взаимному притяжению отдельных её частей. Если представить планету или её спутник не как нечто цельное, а как шар, состоящий из двух половинок, то расстояние между центрами тяжести этих половинок будет меньше их радиусов, а это значит, что r 2 будет меньше 1. Как бы близко не вращался спутник вокруг планеты, r 2 в любом случае будет больше единицы. Это говорит о том, что не существует сил, способных разорвать тело изнутри. Теория Эдуарда Роша несостоятельна.
Что касается происхождения колец Сатурна и колец других планет, то с точки зрения Теории Общей Гравитации этот феномен вполне объясним. По мере остывания звезды Сатурн, её атмосфера приближалась к ядру. Так как в экваториальной части остывающей звезды скорость вращения атмосферы максимальная, то небольшое количество вещества этой атмосферы, имея скорость, соответствующую скорости устойчивой орбиты, оставалось на месте, то есть на своей устойчивой орбите. По мере уменьшения объёмов Сатурна, росло количество колец, вещество которых до сих пор продолжает вращаться вокруг планеты со скоростью, соответствующей скорости устойчивой орбиты, то есть каждое кольцо вращается со своей скоростью.
Глядя на кольца Юпитера, Сатурна, Урана, можно предположить, что и планета Солнце в будущем тоже может иметь свои кольца. Длина экватора современной звезды (по заявлениям астрономов) составляет 4,371 миллиона километров. Полный оборот атмосфера делает за 25,05 земных дней, следовательно, скорость движения её вещества приблизительно равна 7142 километра в час. С уменьшением объёмов Солнца, скорость движения её атмосферы будет возрастать, а это значит, что может наступить такой момент, когда скорость вращения вещества атмосферы вокруг ядра Солнца достигнет соответствующей скорости устойчивой орбиты, из-за чего вещество может остаться на этой орбите, образовав кольцо. С уменьшением размеров Солнца, количество колец будет расти.
Возможно ли разрушение спутника изнутри при приближении его к планете? Да, возможно. Как правило, все спутники обращены к своим планетам одной стороной. Это говорит о том, что они находятся в последней заключительной фазе развития планеты. К этому периоду планеты (спутники) прекращают вращаться вокруг своей оси. Их сейсмическая активность равна нулю. Расплавленная магма вытеснила из недр всю воду, которая либо испарилась, либо замёрзла. После разогрева и расширения, планеты остыли, их внутреннее вещество сжалось, образуя пустоты. Ядра планет (спутников) сместились к внутренней стороне орбит. Спутники стабилизировали своё положение относительно гравитаций, вокруг которых они вращаются.
Если, скажем, Луна приблизится к Земле на довольно близкое расстояние, то она начнёт сталкиваться с молекулами и атомами атмосферы. Это взаимодействие приведёт к уменьшению скорости, и как следствие, к снижению орбиты. В конце концов, наступит такой момент, когда масса атмосферы заставит Луну катиться, поскольку, плотность атмосферы между Луной и Землёй больше, чем между Луной и космосом. При первых же оборотах Луна может развалиться на несколько крупных фрагментов, которые затем при взаимодействии с атмосферой разрушатся на более мелкие. Произойдёт это не под действием «приливных сил», а под воздействием тяжёлого ядра на тонкие хрупкие слои внешних оболочек. Куриное яйцо спокойно выдерживает вес наседки и давление соседних яиц, но не может противостоять клювику цыплёнка изнутри. Яйцо страуса с трудом можно распилить или расколоть топором, но хилый страусёнок с ним справляется, опять же изнутри. Картина вырисовывается страшная, но утопическая, так как Луна не приближается к Земле, а постоянно удаляется от неё. Из-за уменьшения частоты вращения вокруг своей оси Земля теряет свою массу. Более того, она постоянно теряет своё вещество. Как было сказано выше, магма выдавливает воду из недр Земли. Испаряясь с поверхности океана, под действием излучения Солнца, она разлагается на кислород и водород. Происходит постепенный отток атомов и молекул атмосферы в космическое пространство. Из-за уменьшения гравитации, вокруг которой вращается Луна, как утверждают учённые, она ежегодно удаляется на 3 сантиметра. «Конец света» из-за падения Луны на Землю отменяется. Единственной причиной гибели всего живого на Земле может быть только потеря атмосферы планетой. Так было с Марсом, так будет с Землёй, Венерой и миллионами планет во вселенной.
