А. В. Турчин Ответственные редакторы

Вид материала

Реферат

Содержание 2.12.4. Зона поражения в зависимости от силы взрыва. 2.12.5. Солнечные вспышки и увеличение светимости.

Подобный материал:

• Урок №15. Тема: «Текстовые редакторы», 75.16kb.
• Нло как фактор глобального риска Алексей Турчин, 7525.63kb.
• Ббк 67. 99(2)9 К82 Ответственные редакторы, 7322.98kb.
• А. А. Жилкин Ответственные редакторы, 3418.4kb.
• Положение молодежи и реализация государственной молодежной политики в Российской Федерации:, 2576.32kb.
• Органы, ответственные за выполнение положений Регионального соглашения Автономной Республики, 609.76kb.
• Текстовые редакторы это программы для создания и редактирования текстовых документов, 263.8kb.
• Турчин В. Ф. Феномен науки: кибернетический подход к эволюции. Изд. 2-е, 20.53kb.
• Валентин турчин инерция страха социализм и тоталитаризм, 1299.53kb.
• Ответственные за организацию и проведение егэ-2010, 602.5kb.

2.12.4. Зона поражения в зависимости от силы взрыва.

Здесь мы рассмотрим поражающее действие взрыва в результате падения астероида (или по любой другой причине). Подробный анализ с аналогичными выводами см. в статье пустныского.

Зона поражения растёт очень медленно с ростом силы взрыва, что верно как астероидов, так и для сверхмощных атомных бомб. Хотя энергия воздействия падает пропорционально квадрату расстояния от эпицентра, при гигантском взрыве она падает гораздо быстрее, во первых, из-за кривизны Земли, которая как бы защищает то, что находится за горизонтом (поэтому атомные взрывы наиболее эффективны в воздухе, а не на земле), а во-вторых из-за того, что способность материи упруго передавать ударную волну ограничена неким пределом сверху, и вся энергия сверхтого не передаётся, а превращается в тепло в районе эпицентра. Например, в океане не может возникнуть волна выше его глубины, а поскольку эпицентр взрыва точечный, она затем будет убывать линейно в зависимости от расстояния. Избыточное тепло, образовавшееся при взрыве, или излучается в космос, или остаётся в виде озера расплавленного вещества в эпицентре. Солнце доставляет за сутки на землю световую энергию порядка 1000 гигатонн (10**22 джоулей), поэтому роль теплового вклада сверхвзрыва в общую температуру земли невелика. (С другой стороны, механизмом распространения тепла от взрыва будет скорее не потоки раскалённого воздуха, а выброшенные взрывом кубические километры осколков с массой, сопоставимой с массой самого астероида, но меньшей энергии, многие из которых будут иметь скорость близкой к первой космической, и в силу этого лететь по баллистическим траекториям, как летят межконтинентальные ракеты. За час они достигнут всех уголков Земли, и хотя они, действуя как кинетическое оружие, поразят не каждую точку на поверхности, они выделят при своём входе в атмосферу огромные количества энергии, то есть прогреют атмосферу по всей площади Земли, возможно, до температуры возгорания дерева, что ещё усугубит процесс.) Мы можем ориентировочно считать, что зона разрушения растёт пропорционально корню 4 степени от силы взрыва (точные значения определяются военными эмпирически в результате испытаний и лежат между степенями 0,33 и 0,25, при этом завися от сила взрыва, высоты, и т. д.). При этом каждая тонна массы метеорита даёт примерно 100 тонн тротилового эквивалента энергии – в зависимости от скорости столкновения, которая обычно составляет несколько десятков километров в секунду. (В этом случае каменный астероид в 1 куб. км. размером даст энергию в 300 Гигатонн. Плотность комет значительно меньше, но они могут рассыпаться в воздухе, усиливая удар, и, кроме того, движутся по крутым орбитам с гораздо большими скоростями.) Принимая, что радиус сплошного поражения от водородной бомбы в 1 мегатонну составляет 10 км., мы можем получить радиусы поражения для астероидов разных размеров. Например, для астероида в 1 куб.км это будет радиус в 230 км. Для астероида диаметром в 10 км это будет радиус в 1300 км. Для 100 км астероида это будет радиус поражения порядка 7000 км. Для того, чтобы этот радиус гарантированного поражения стал больше, чем половина широты земли (20 000 км), то есть гарантированного покрывал всю Землю, астероид должен иметь размеры порядка 400 км. Хотя данные вычисления крайне приблизительны, из них видно, что даже тот астероид, который связывают с вымиранием динозавров, вовсе не поразил всю территорию Земли, и даже не весь континент, где он упал. (Этот астероид оставил кратер Чиксулуб радиусом 90 км, а сам был диаметром в 10 км.) А вымирание, если и было связано с астероидом (сейчас считается, что там сложная структура причин), то было вызвано не самим ударом, а последующим эффектом – «астероидной зимой», связанной с переносом пыли атмосферой. Также столкновение с астероидом может вызывать электромагнитный импульс, как у атомной бомбы. Кроме того, при скорости взаимного сближения близкой к 100 км/сек (комета на встречном курсе, наихудший расклад) в точке удара может возникнуть температура в миллионы градусов, как при имплозии в ядерной бомбе, и протекать термоядерные реакции. (Даже если вклад энергии этих реакций не будет велик, они могут дать вклад в радиоактивное заражение; но для этого комета должна попасть в воду или ледник. По моим подсчётам, температура водорода при скорости столкновения в 100 км.сек будет 600 000 градусов без учёта эффекта сжатия.) Удар может спровоцировать извержения вулканов по всей Земле. Однако не может существенно сместить земную ось.

Отсюда видно, что атомная сверхбомба была бы страшна не силой своего взрыва, а количеством радиоактивных осадков, которые бы она произвела. Кроме того, видно, что земная атмосфера выступает в качестве мощнейшего фактора распространения воздействий, более сильного, чем взрыв.

2.12.5. Солнечные вспышки и увеличение светимости.

То, что нам известно о Солнце, не даёт оснований для беспокойства. Только наличие неизвестных нам или крайне маловероятных процессов может привести к вспышке, корональному выбросу, которая сильно опалит землю в XXI веке. Но у других звёзд бывают вспышки, в миллионы раз превосходящие солнечные.

Процесс постепенного увеличения светимости солнца (на 10 процентов каждые миллиард лет) приведёт к выкипанию океанов через срок в 0,2-1 млрд. лет (то есть гораздо раньше, чем солнце станет красным гигантом и, тем более, белым карликом). Однако по сравнению с исследуемым нами промежутком в 100 лет этот процесс незначителен (если только он не сложился вместе с другими процессами, ведущими к необратимому глобальному потеплению – см далее).

Далее, есть предположения, что по мере выгорания водорода в центральной части Солнца, что уже происходит, будет расти не только светимость Солнца (светимость растёт за счёт роста его размеров, а не температуры поверхности), но и нестабильность его горения. Возможно, что последние ледниковые периоды связаны с этим уменьшением стабильности горения. Это понятно на следующей метафоре: когда в костре много дров, он горит ярко и устойчиво, но когда большая часть дров прогорает, он начинает то немного гаснуть, то ярко вспыхивать снова, когда находит несгоревшую ветку.

Уменьшение концентрации водорода в центре солнца может спровоцировать такой процесс как конвекцию, которая в Солнце обычно в ядре Солнца не происходит, в результате чего в ядро поступит свежиё водород. (Шкловский) Возможен ли такой процесс, будет ли он плавным или катастрофическим, займёт ли годы или миллионы лет, трудно сказать. Шкловский предполагал, что в результате конвекций температура Солнца падает каждые 200 млн. лет на период порядка 10 млн., и что мы живём в середине такого периода. То есть опасно завершение этого процесса, когда свежее топливо наконец поступит в ядро и светимость солнца возрастёт. (Однако это маргинальная теория, и одна из основных проблем, которая её породила – проблема солнечных нейтрино, в настоящий момент разрешена)

Важно, однако, подчеркнуть, что как сверхновая или новая Солнце, исходя из наших физических представлений, вспыхнуть не может.

Вместе с тем, чтобы прервать разумную жизнь на Земле, Солнцу достаточно разогреться на 10 процентов за 100 лет (что повысило бы температуру на Земле на несколько 10-20 градусов без парникового эффекта, но с учётом парникового эффекта бы скорее всего оказалось выше критического порога необратимого потепления). Такие медленные и редкие изменения температуры звёзд солнечного типа было бы трудно заметить астрономическими методами при наблюдении солнцеподобных звёзд – поскольку только недавно достигнута необходимая точность оборудования. (Кроме того, возможен логический парадокс следующего вида: солнцеподобные звёзды – это стабильные звёзды спектрального класса G7 по определению. Не удивительно, что в результате их наблюдения мы обнаруживаем, что эти звёзды стабильны.)

Итак, один вариант глобальной катастрофы состоит в том, что в результате неких внутренних процессов светимость солнца устойчиво возрастёт на опасную величину (и мы знаем, что рано или поздно это произойдёт). В настоящий момент Солнце находится на восходящем вековом тренде своей активности, но никаких особых аномалий в его поведении замечено не было.

Второй вариант глобальной катастрофы, связанной с Солнцем, состоит в том, что сложатся два маловероятных события – на Солнце произойдёт очень крупная вспышка и выброс этой вспышки будет направлен на Землю. В отношении распределения вероятности такого события можно предположить, что здесь действует тот же эмпирический закон, что и относительно землетрясений и вулканов: 20 кратный рост энергии события приводит к 10 кратному снижению его вероятности (закон повторяемости Гутенберга–Рихтера). Очевидно, что в случае солнечных вспышек это крайне малая величина.

Крупные солнечные вспышки, даже если они не будут направлены на Землю, могут увеличить солнечную светимость и привести нагреву Земли. (Обычные вспышки дают вклад не более 0,1 процента).

В настоящий момент человечество неспособно как-либо повлиять на процессы на Солнце, и это выглядит гораздо более сложным, чем воздействие на вулканы. Идеи сброса водородных бомб на Солнце для инициирования термоядерной реакции выглядят неубедительно (но высказывались, что говорит о неутомимых поисках человеческим умом оружия судного дня).

Только некие новые и невероятные открытия в физике могли бы позволить создать средства влияния на звезду. Из фантастических вариантов: сбросить на звезду планету, что изменит степень её металличности, сделав менее прозрачной для излучения и изменить её светимость. Создать миниатюрную черную дыру и сбросить на Солнце. Научиться управлять физическими константами и повлиять на вероятностное распределение ядерных реакций в Солнце (как в романе Азимова «Сами боги»).

Есть довольно точный просчитанный сценарий воздействия на Землю магнитной составляющей солнечной вспышки. При наихудшем сценарии (что зависит от силы магнитного импульса и его ориентации – он должен быть противоположен земному магнитному полю) она приведёт сильнейшим наводкам в электрических цепях линий дальней передачи электроэнергии, что приведёт к выгоранию трансформаторов на подстанциях. В нормальных условиях обновление трансформаторов занимает 20-30 лет, и если все они сгорят, то заменить их будет нечем, поскольку потребуются многие годы на производство аналогичного количества трансформаторов, что будет трудно организовать без электричества. Такая ситуация вряд ди приведёт к человеческому вымиранию, но чревата мировым глобальным экономическим кризисом и войнами, что может запустить цепь дальнейшего ухудшения.

Выводы: вероятность опасных событий на Солнце не превышает тысячных долей процента в XXI веке.