Метеорит тебе в башню!

В помощь сочинителям космической фантастики. Столкновение с метеоритом - насколько оно опасно?

А то знаете, с неделю назад в чужом блоге была затронута космическая тема. И я там уточнил данные автора блога про опасность метеоритов. Вслед за чем, явился некто, прежде мне неизвестный, обозвал меня диванным, но своих расчётов по разрушительности встречи с метеоритом не привёл. "Не верю!" - это хорошо для театра Станиславского, но не для научного обоснования.

А как узнать, опасен ли метеорит? Надо подсчитать!

Это совсем не сложно. И, поскольку сюжет столкновения с метеоритом очень часто используется в космическом жанре (например в "Виртуальной коме" Олега Казакова - о ней и других представителях паро-панка на конкурсе я писал вот здесь https://author.today/post/104990), то мы сейчас научимся быстро и точно предсказывать его результат. А поможет нам в этом мой сайт SteamAge.ru и особенно его раздел "Программы"

Размер и масса

Тут нам поможет программа "Калибр и вес ядра"

Предполагаем, что наш метеорит по форме более-менее шарик. Вводим диаметр. И выбираем из чего наш метеорит состоит. Если столкновение с кометой - то ставим материал лёд. Если каменный метеорит, то мрамор. Если руда - то гранит. Да, именно так, в руде металл составляет лишь часть породы, потому неочищенная руда это по большей части просто каменное крошево. А дальше остаётся нажать расчёт и узнаем и объём и массу. Вот масса нам как раз и будет нужна дальше.

Забавы ради посчитайте массу метеорита диаметром в 10 м. Ну что такое 10 метров, пустяк наверное... более тысячи тонн. Вот Вам и пустяк.

Энергия удара

Теперь идём в программу "Баллистический вычислитель"

Для начала нам хватит первого раздела этой программы - того, который показывает кинетическую энергию. Ведь именно она и является поражающей и разрушающей силой удара метеорита. Насколько же она велика?

Давайте запустим микрометеорит массой в 1 грамм. Помните советскую копейку? Монетку, а не автомобиль "Жигули"! Ну вот, как раз она, та самая монетка, кружочек металла диаметром 17 мм (опс! ошибочка, меня там ниже в комментариях поправили - 15 мм копейка, 17 мм это уже 10-копеечная монетка). Швырнём её со скоростью в 1 км/с, а потом побыстрее. Собственно вот таблица запусков: 

1. 1 км/с = 500 Дж - с такой скоростью вылетает пуля из американской винтовки M16, ну и энергия под стать пуле 
2. 10 км/с = 50 кДж - это больше первой космической скорости для Земли, то есть наша копеечка уверенно улетела на орбиту, но меньше второй космической, так что наша копеечка навеки от Земли не улетит, а будет обращаться по вытянутой эллиптической орбите 
3. 100 км/с = 5000 кДж - такой скорости достигают некоторые кометы в точке максимального приближения к Солнцу 
4. 1000 км/с = 50 тыс. кДж - с такой скоростью срывается оболочка со сверхновой звезды

Дальше считать никакого смысла нету, потому что неизвестны нам пока что силы, способные разогнать копеечку быстрее. Даже если прицепить к ней самый фантастичный ядерно-реактивный двигатель - то и он разгонит не более чем до одной тысячи километров в секунду и это даже в самой лучшей идеальной ситуации. Быстрее, увы, никак! Ибо не может реактивный двигатель лететь быстрее, чем скорость истечения из него рабочего тела - а это самое тело даже в теории быстрее 1000 км/с разгоняться не желает ну никак.

Впрочем, даже на этой скорости микрометеорит массой в 1 грамм имеет энергию в почти 51 тыс. тонно-метров. Чтобы Вам было легче представить, что это за энергия - представьте себе "Титаник". Здоровущий корабль (несколько дней назад я как раз выкладывал в своём блоге видео про него, так что можете глянуть, чтобы легче было представлять). И в него влетает наша копеечка. Фитюлька какая-то... так вот от удара "Титаник" разом сдвинется на целый метр. Хотя скорее всего, от такого резкого смещения на целый метр, крепкий "Титаник" весь рассыплется в труху. Не выдержит его железо этого рывка.

Метеорит ударил планету

При столкновении на скоростях в десятки км/с сталкивающиеся тела уподобляются жидкости. И когда метеорит бьёт в планету - то камень планеты мгновенно становится текуч как вода. В общем, этот процесс очень похож на взрыв.

А взрыв принято мерить в килотоннах тротилового эквивалента. 1 грамм тринитротолуола выделяет 1000 термохимических калорий, или 4184 джоулей. 1 тонна ТНТ выделит в миллион раз больше - то есть 4.184 гига-джоулей. 1 килотонна = 4.184 тера-джоулей. мегатонна выделит ещё в 1000 раз больше. А самая мощная из всех созданных человечеством бомб, "кузькина мать" - имела проектную мощность 100 мегатонн. Испытывали её с половинным зарядом, но рванула она на 55 мегатонн. Так что её полная мощность составила бы 110 мегатонн. Но - по мнению учёных - такой взрыв на поверхности Земли мог бы расколоть нашу планету. Она и с половинным-то зарядом развила 1% от мощности Солнца, а диаметр созданного ею плазменного шара составил 11 км.

110 мегатонн ТНТ = 460 240 тера-джоулей (если я не ошибся с нулями после запятой, так что прошу не верить мне на слово - а проверить мои расчёты)

А теперь швырнём в нашу матушку-Землю метеорит. Но не копеечку - а булыжник весом в тонну. Зато на предельно возможной скорости в 1000 км/с. Прилетает 50 тера-джоулей... А если 10 тонн?

А если 10 тонн, то пусть даже это не твёрдый камень, а рыхлая комета, шарик менее 3 метров диаметром - на такой скорости это совершенно не важно - энергия её удара превысит мощь самой разрушительной термоядерной бомбы созданной человеком за всю ведомую нам историю.

Собственно именно это я и утверждал в том комментарии, о котором было сказано в начале. Человек мне верить отказался, а сам посчитать поленился - и со своим нелепым неверием попал впросак. На этом небольшой пример из категории "Зачем автору математика" можно считать завершённым.

А если охота пострелять?

Чуть не забыл. "Баллистический вычислитель" позволяет пострелять из оружия на других планетах! Для этого загляните во второй раздел. Там внизу можно выбрать планеты: Земля, Марс или Луна. Высчитываются дальность выстрела, высшая точка траектории и даже полётное время - оно между прочим может оказаться довольно большим, а это надо учитывать (например, при перестрелках линкоров). Можно задать любые начальную скорость снаряда и угол возвышения ствола.
Недостаток: не учитывается сопротивление воздуха. Поэтому для Земли расчёт на большую дальность выходит с заметной погрешностью, увы! Правда для Марса с его разряжённой атмосферой, погрешность слабо заметна. А для Луны её нету и вовсе.

Когда я ещё общался с Morceleb'ом, то он очень рекомендовал мне программу его собственного изготовления. По его заверениям, его "баллистический вычислитель" считал с учётом сопротивления воздуха. И формулы там были совсем просты...

Увы! Как показала проверка, Morceleb много рассуждал о влиянии тех и иных параметров - а на деле просто ввёл некие умозрительные коэффициенты. А так нельзя. Это ещё Маиевский во второй половине XIX века выяснил. Но конечно основоположник баллистики Morceleb'у не указ. Вдобавок, Morceleb применил этот свой коэффициент совсем не в том месте, где его вставляет в классическую формулу Маиевский, и потому расчёт по программе Morceleb'а даёт результат слегка парадоксальный (когда наибольшая дальнось при угле вылета менее 45 - хотя должна быть при несколько большем 45; и в конце оперённый снаряд падает на цель едва ли не отвесно, что возможно только если он вдруг начал терять скорость, а до того не терял? в реальности разумеется угол снижения более пологий, что можно увидеть на графиках из учебников баллистики, начиная с конца XIX века).

Собственно я с ошибкой Morceleb'а потому и разобрался, что некогда сам её совершил. Пытался подобрать коэффициенты под формулу Маиевского. Формула была правильная, а вот с коэффициентами всё равно вышла неувязочка. Я проверял по таблицам стрельбы для батальонного миномёта, и расхождение было. Так что с расчётом стрельбы в атмосфере не всё так просто. Не говоря уже про то, что даже стрела пущенная из лука успевает за время полёта пройти несколько разных слоёв воздуха, в которых будет немного различно с этим самым воздухом взаимодействовать. И это на Земле. А если взять Венеру с её плотной и очень необычной атмосферой...

Так что пострелять вдаль на чужих планетах с атмосферой (к примеру на той же Венере) - увы, в этом я пока помочь не могу. Зато где атмосфера слабая, что можно ею пренебречь - там мой "Баллистический вычислитель" верный помощник сочинителя фантастики