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陨石撞击地球的速度为什么介于11.2千米每秒和72千米每秒之间?

陨石撞击地球的速度为什么介于11.2千米每秒和72千米每秒之间?
2019年09月26日 16:53 新浪网 作者 刁博评论

  太空中存在一些石质或铁质的碎块,这些碎块的个头大小不一,个头比较小的碎块进入了地球大气层往往直接被烧掉变为流星,个头比较大的不容易烧尽会坠落到地面上成为陨石或陨铁。

  陨石撞击地球的速度为什么介于11.2千米每秒和72千米每秒之间?

  通过追踪流星的轨迹可以发现,那些碎块就是来自太阳系,其中火星和木星之间的小行星带是陨石的主要来源。从太阳系外飞进太阳系的天体,目前人类只发现了一例,那就是2017年发现的奥陌陌,它正飞离出太阳系,不会坠落在地球上。

  知道了地球上的陨石都是来自太阳系,就能够计算出陨石到达地球大气层时的速度,这个速度大约在11.2千米每秒至72千米每秒之间。

  到这里有人已经看出来了,11.2千米每秒正是地球的第二宇宙速度,在这里出现了这个速度是巧合还是必然?这里不是巧合。给地面上的物体一个初速度,使其克服地球引力做功逃离地球不再围着地球转动,所需的最小速度就是地球的第二宇宙速度。物体从地面逃离地球时引力势能逐渐增大,动能逐渐减小,只要物体到达到距离地球无穷远时动能还大于零,物体就能够逃离地球。选取距离地球无穷远处的势能为0,可以知道物体从地面到无穷远的过程中引力势能增加了GMm/R,其中G为万有引力常量,M为地球的质量,m是物体的质量,R是地球的半径。势能增加了这么多,相应的动能就要减少这么多,可以列式:

  陨石撞击地球的速度为什么介于11.2千米每秒和72千米每秒之间?

  代入数据可以解得地球的第二宇宙速度是11.2千米每秒,同时这也是太阳系中陨石在地球大气层中的最小速度。

  陨石坠入地球大气层的最大速度涉及到地球的第三宇宙速度,地球的第三宇宙速度大约是16.7千米每秒,这个速度需要借助地球绕太阳的公转速度,同时还要克服地球引力做功。如果是在地球轨道上,用前面计算地球第二宇宙速度的方法即可算出,一个小物体要逃离太阳引力的束缚需要达到42.2千米每秒的速度。在地球轨道上运动的物体,如果速度小于这个值,都不会飞出太阳系。

  太阳系内绕太阳运动的小行星、彗星等,它们都不会飞离太阳系,它们在到达地球轨道时速度也就不会超过42.2千米每秒。如果一个小行星到达地球轨道时恰好能够和地球迎头相撞,这样小行星撞击地球的速度就会达到最大值,这个值是42.2千米每秒加上地球绕太阳的公转速度29.8千米每秒,等于72千米每秒。

  陨石撞击地球的速度为什么介于11.2千米每秒和72千米每秒之间?

  如果是太阳系外的小行星撞击地球,速度就有可能超过72千米每秒。比如那个奥陌陌,它距离太阳一个天文单位(平均日地距离)时的速度是49.7千米每秒,这个速度超过了地球轨道处对应的第三宇宙速度42.2千米每秒,故它可以逃离太阳系。假设奥陌陌恰好能够和地球迎头相撞,那么它撞击地球的速度就能够达到89.5千米每秒。若是某一天有一个陨石以这样的速度撞击地球,那个陨石一定是来自太阳系之外。

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