青海玉树火球事件的关注者可能在新闻中注意到了这样一个细节:从网友拍摄的视频来看,火流星首先出现在天空中,并在斜着落下的过程中火光越来越亮,散发出耀眼的光芒,不一会儿火球就碎成小块熄灭了。火流星烧完了吗?一点也不。因为地震台发出了陨石撞击地面的地震波,几个监测台的震波图都显示是撞击在群山之中的某个地方,大地都在颤抖!
那么问题来了:众所周知,我们地球的大气层,往上是稀薄的,往下是浓密的。火流星与大气层的摩擦应该会越来越激烈。燃烧后会熄灭吗?
有朋友提出了一个大胆的假设:因为陨石有宇宙辐射,如果辐射太强,火就会熄灭。就是说大家不要冒险去捡,有被辐射伤害的危险。
对!不仅陨石有辐射,我们周围的一切,包括我们自己,都有辐射。当然,这是指电磁辐射。
在物理学中,电磁辐射是指电磁波,即携带能量的光。我们可以看到一些光,比如阳光、电灯、闪电发出的亮光,还有陨石撞击地面前燃烧的流星发出的光。还有一些肉眼看不见的辐射,如X射线、紫外线、红外线、微波等。当我们靠近热源时,我们的皮肤可以感应到红外线能量并感到温暖,但我们的眼睛看不到这种光。
其实世界上所有有质量的物体都会辐射光,而人眼只能接收到一小部分波长,我们称之为可见光。红外线可以通过红外线测温仪来检测,现在很多公共场所都安装了红外线测温仪,它可以在几米远的地方判断你的体温是否正常,因为它发出的红外线频率不同,会有差异。
有小伙伴担心陨石会不会有电离辐射。这要看陨石里面有没有残留放射性物质,比如铀和钚。放射性物质的原子不稳定,它们自己分裂成更小的原子,在这个过程中释放出α粒子(氦的原子核)、β粒子(正电子)、伽马射线或中子,进入人体后,可能破坏我们细胞中的DNA分子链,这是一种危险物质。
宇宙中有放射性物质吗?当然,我们地球中心之所以有5500℃的高温,多半是放射性物质衰变,内部产生的热量造成的。但是地球表面物质的放射性很弱,它们的数量也很少。同样,即使在太阳系中漂浮的小行星和岩石中存在放射性物质,它也会在数十亿年内衰变,并且不会大于地面上的辐射。
我们的地球以非常非常快的速度绕着太阳转。它的轨道平均半径为1.5亿公里,每365天公转一周。你可以算出它每秒行进29.78公里!
同样,太空中的一些大大小小的岩石和小行星也在高速绕着太阳运动。在沿途接近地球时,它们的速度接近11.2公里/秒,迎面而来时,它们的相对速度可高达73.4公里/秒!冬天我们搓手取暖,越搓越热。石头进入大气层的速度如此之快,以至于它因强烈摩擦而燃烧,变成一个明亮的火球。这就是我们常说的火流星。
很简单,它放慢了速度。如果你学过物理,你一定还记得自由落体定律。由于地球上的重力加速度,球从上到下下落的速度会越来越快。其实我们在做这个实验的时候,故意忽略了空气阻力的影响。当球的速度足够快,大气层足够浓密时,空气阻力会越来越大。这个力会将球拉起来并减慢它的速度。成为匀速运动。
嫦娥五号返回器进入大气层时利用空气的阻力减速。事实上,不仅是嫦娥五号,以往所有的航天器返回过程也无一例外地运用了这一原理。当飞船的耐热结构在空气中剧烈摩擦燃烧时,周围会形成灼热的等离子层,此时通讯就会中断。科学家称之为“黑色屏障”;当飞船速度下降,温度下降,等离子层消失后,通信恢复,我们称之为“走出黑障区”。
飞船返回时会经历黑区。陨石的坠落过程也是如此。它首先以极快的速度进入大气层,其表面变得越来越热,并喷出火焰。与此同时,它的速度也会增加。温度越慢,温度越低,火势就会消失,就好像在黑夜里被烧尽一样。
陨石撞击地面的速度是多少?会造成伤害吗?一般来说,陨石会以91米/秒的速度坠落到地面。这个速度被称为下落体的“极限速度”。
就看落地前有多少动能了。石头越大,动能越大,越容易打洞。就算是小石子打不成深洞,也很容易打穿瓦片,砸破脑袋。
另一方面,还要看陨石坠落的角度。像青海玉树的陨石,它的坠落角度和地面的夹角,从视频来看大约是十度左右,几乎是水平飞行,在大气层中的飞行距离很远,所以它最终的速度不会很快。如果陨石以大角度几乎垂直下落,它的减速距离很短,可能在达到终端速度之前就着陆了。这时候可能会砸出一个很深的陨石坑,你得把陨石从陨石坑里挖出来。
总之,火流星之所以会熄灭,并不是因为它有致命的辐射,也不一定是燃烧殆尽,而是因为空气阻力减慢了它的速度,它将不再发光!老周说的只是科普,并不是鼓励大家去捡陨石。青藏高原寒冷缺氧,擅自闯入会危及生命。陨石很珍贵,但不值得拿你的生命冒险。