Minden nap tudománya

vékony

A természet minden pillanatban meglep minket a kíváncsiságunkat felkeltő jelenségek sokaságával. Mindennapi tudományunk egy olyan tér, amelyben Ángel Rodríguez Lozano arra ösztönöz minket, hogy nézzünk körül és fedezzünk fel mindennapi jelenségeket, amelyek magyarázattal bírnak a tudomány tükrében.

Hízhat vagy fogyhat-e a Föld, mint egy ember? (2. rész)

Erre a látszólag ártatlan kérdésre nem könnyű válaszolni, amint azt a mindennapi tudományunk előző programjában láthattuk. Nagyon röviden összefoglalva az ott mondottakat, ugyanazt a stratégiát alkalmazhatjuk a Földre, amelyet arra használunk, hogy tudjuk, hogy egy ember emberi lény-e. hízik vagy fogy. Elég hozzáadni azt, amit elfogyasztunk, és kivonni azt, amit elűzünk.

A Föld a Naprendszeren keresztül vándorol, részecskéket, atomokat, molekulákat, kozmikus port, meteoritokat söpörve el ... időnként még egy üstökösöt vagy aszteroidát is lenyel, még akkor is, ha olyan katasztrofális emésztési zavarokat okoz, mint ami a dinoszauruszokat megölte. A Föld éves étlapjában elért tömegmennyiség minimum 35 000 tonna és maximum 110 000 tonna között van. Az igazság az, hogy ilyen széles hibahatárokkal nehéz konkrét választ adni. De úgyis megpróbáljuk.

Hogyan vékonyodik a Föld?

Tekintsük át a fogyás módjait, és ez a mentális gyakorlat segít elemezni, hogy a Föld bolygó hogyan csinálja. A tömegveszteség kiszámításához az első dolog, amiben tisztáznunk kell, az a határ, ahol a testünk véget ér, és az kezdődik, ami már nem a miénk. A bőr a testhatárunk, figyelembe véve igen, hogy a szánk, az orrlyukunk és a záróizmaink zárva vannak, mi a Föld határa?

Képzelje el, hogy felszállunk egy űrhajóra, és a Föld körüli pályára állunk, mint azok az emberek, akik jelenleg a Nemzetközi Űrállomáson élnek. Ezek az űrhajósok és az ISS a Földhöz tartoznak-e, és ezért a Föld tömegének részei ? bolygó, vagy sem? Ha nemmel válaszolna, újabb dilemma merülne fel: Tehát amikor ugrunk és a lábunk a levegőben van, akkor sem tartozunk a Földhöz? Logikailag a kritériumnak másnak kell lennie. Amikor egy hajó a Föld körül kering, gravitációja által elkapva, ugyanúgy tartozik a Földhöz, mint mi, amikor a levegőben ugrálunk. Az egyetlen különbség az, hogy az űrhajó állandó szabad esésben van, de nem ütközik össze, mert a Föld felszíne görbül alatta.

A Föld bolygók közötti hajók formájában üríti az anyagot

Ha bekapcsoljuk egy űrhajó motorjait és felgyorsítjuk azt a pontig, hogy elkerüljük a Föld húzását - ezt tettük olyan bolygóközi űrhajókkal, mint a Cassini, amely most a Szaturnusz körül forog, akkor az űrhajó tömegdarab lesz. technológiával, amelyet a Föld örökre elveszít. Talán nem túl elegáns ilyet mondani, de mondhatnánk, hogy a Terra bolygók közötti hajók formájában "üríti" az anyagot.

Földtömeg a Holdon

Tudjuk, hogy a Hold a Föld körül forog, nem kellene-e még egy műholdként felvennünk a bolygó tömegébe? A Föld és a Hold csillagászati ​​szempontból kettős rendszernek számít. Bár független testek, mindkettő elég nagy ahhoz, hogy összekapcsolódhasson egy közös súlyközponttal, amely nem a Föld és a Hold középpontja, hanem egy pont, amely azon a vonalon helyezkedik el, amely mindkét test középpontját összeköti. Olyan lenne, mint egy anya, aki babát adott életre. Már nem tartozik hozzá, független testületek, de a kettő továbbra is nagyon erős kapcsolatban áll. Így a Földről felszálló és a Hold által elfogott hajó az utóbbihoz, nem pedig az anyabolygóhoz tartozik. Így hozzá kell adnunk a hold felszínén elszórt 180 tonna földi anyagot. Ha ehhez az anyaghoz hozzáadjuk azoknak a küldetéseknek a tömegét (az elsők közül, akiket elsőként indítottak), amelyek nem teljesítették céljukat, és most körbejárják a Naprendszert, akkor azt mondhatjuk, hogy a Föld által a karrierje során elvesztett tömegek összessége a tér körülbelül 1000 tm. Logikailag az éves összeg nagyon kicsi, és a küldetéstől függ.

Nukleáris ritkítás.

Sokan szeretnénk, ha a varázslat révén eltűnnek a plusz kilók, és bizonyos értelemben mi számunkra lehetetlen álom, a Föld ugyanis napi valóság. Ne lepődj meg, mi magunk is megszoktuk a tömeg energiává történő átalakítását az atomerőművekben. Az atomerőművek és a bombák energiává alakításának folyamata az urán vagy a plutónium atomjainak kisebb darabokra bontásából áll. Ha összeadjuk a tömeget a maghasadás előtt és után, a számlák nem adódnak össze. Nagyon kis tömeg hiányzik, amelyet energiává alakítottak Einstein E = mc ^ 2 ^ képlete alapján.

A Föld belsejében figyelemre méltó mennyiségű radioaktív anyag található, amelyek az idő múlásával spontán szétesnek, és összességében óriási mennyiségű energiát szolgáltatnak. A Föld 44 terawatt energiát termel a belsejében, bizonyos számítások szerint körülbelül 22 terawatt a radioaktív elemek felbomlásából származik, de a többit nem tudni pontosan, honnan származik. A múltbeli szétesések maradványának lehetőségeként rámutatnak arra, hogy a diffúziós problémák miatt fokozatosan kialakulnak a lehetőségek, hogy - legalábbis részben - azt a belső súrlódási erők okozzák, amelyeket a Hold és a Nap gyakorol a Földön. Vannak olyanok is, akik azt védik, hogy a Föld magjában egy teljes értékű atomreaktor van. Akárhogy is legyen, amit tehetünk, az az energia-tömeg ekvivalencia, mert Einsteinnek mindig igaza van. Így a számítások elvégzése után a Föld által kisugárzott energia egyenértékű évi 15 tonna tömegveszteséggel. Nem sok, de minden számít.

A Föld elveszíti a gázt

Válasz megadásához térjünk vissza az elején említett űrrakétákra. Akkor azt mondtuk, hogy csak keveseknek sikerül elmenekülniük a Föld gravitációjától, és ennek eléréséhez el kell érniük a menekülés sebességét a Föld felszínén: 11.200 m/s. Ha egy követ felfelé dobunk, az ismét leesik, de ha képesek lennénk nagyobb sebességgel biztosítani, mint a menekülés, örökre elveszne a Naprendszer mélyén.

Ami az űrhajókra igaz, a légkörben lévő molekulákra és atomokra is vonatkozik. A Föld felszínén a légkör nagyon sűrű, és az a néhány molekula, amelynek sebessége nagyobb, mint a menekülés, nem tudja megtenni, mert végül más molekulákkal ütközik és elveszíti a sebességét. Ha most magasságot kapunk, eltávolodva a felszíntől, a légkör egyre sűrűbbé válik, és eljön az idő, amikor az atomok és molekulák száma olyan kicsi, hogy már nem ütköznek egymással. A Földön ezt az állapotot mintegy 500 kilométerrel a tengerszint felett érik el, ezt a helyet "exobázisnak" nevezik. Ott egy részecske, amely nagyobb sebességgel rendelkezik, mint a menekülés, egyszerűen megszökik, elhagyja a Földet és utazóvá válik a Naprendszeren keresztül.

Az exobázisban néhány vízmolekula - amely egy oxigénatomot és két hidrogénatomot tartalmaz - és a metán - amely egy szénatomot és négy hidrogént tartalmaz - megszakad, és atomjaik a napsugárzás miatt elválnak. A hidrogénatomok, amelyek, mint mondtuk, a legkönnyebbek, sokkal gyorsabban mozognak, mint a felszínen (5000 m/s és 5500 m/s között), mert ezen a magasságon a hőmérséklet 1000 K és 2500 K között ingadozik. a sebesség nem elegendő a szökéshez (500 km magasságban a menekülési sebesség 10 800 m/s), de mint már mondtam, ezek közepes sebességek, ami azt jelenti, hogy egyes atomok gyorsabban mennek, és ezek közül néhány meghaladja a sebességet menekülési sebesség és utazás a bolygóközi közegen keresztül. Így a Föld atomról atomra elveszíti tömegének egy kis részét. A hidrogénnel kapcsolatban elhangzottak más atomok, például a hélium esetében is működnek, bár nehezebbek, de kevesebb mennyiségben távoznak.

Nem elég, ha van megfelelő sebesség a szökéshez, a Földet körülvevő mágneses mező egyfajta pajzs, amely megvéd minket a napszél feltöltött részecskéitől, és megakadályozza a töltött atomok (ionok) elszökését is, az útjuk felé terelve a pólusok azonban egy hidrogénatom elektront nyerhet és semlegessé válhat, ebben az esetben a mágneses tér nem akadályozhatja meg a szökését, ha elegendő sebességgel rendelkezik. Egy másik lehetőség az, hogy a menekülés a mágneses pólusoknál történik, ahol feltöltődve találnak kijárati lyukat.

Mindezt szem előtt tartva kiszámították, hogy másodpercenként a Föld körülbelül 3 kilogramm hidrogént és 50 gramm héliumot veszít (nem sikerült megtalálni, hogy milyen hibahatárral számolták ezeket a mennyiségeket). Ez azt jelenti, hogy egy év alatt mintegy 96 000 tonna gáz, főleg hidrogén veszhet el. Mivel a bolygóközi űrhajók és a nukleáris folyamatok miatti szilárd tömegveszteség nagyon kicsi, gyakorlati célokra ezt az értéket jónak is tekinthetjük.

Hízlal vagy sovány-e a Föld?

Az előző programban azt mondtuk, hogy a tömeges haszonkulcs 35 000 és 110 000 tonna között van a számítások szerint. A veszteségszám körülbelül 96 000 tonna évente. Ha a tömeggyarapodás a legalacsonyabb szinten van, és a gázveszteség helyes, a Föld évente 60 000 tonnát veszítene. Ha a legmagasabb értékeket vesszük, akkor bolygónk évente körülbelül 16 000 tonnát termelne. Mint láthatja, ilyen széles hibahatárokkal lehetetlen pontosan válaszolni. De mondhatunk valamit, ami nyugodtabbá tesz bennünket.

Mint már említettem, a tömegveszteség vagy -gyarapodás viszonylagos, nem ugyanaz, hogy az elefánt kilót nyer, mint egy egér. Ezért fontos tudni, hogy mit jelent ez a 60 000 tonna veszteség vagy 16 000 nyereség relatív értelemben a Föld teljes tömegéhez viszonyítva. Elvégeztük a számításokat, és az eltérés egyenértékű azzal, hogy egy 70 kilós személy elhanyagolható mennyiséget - 71 milliárd gramm! - veszít, vagy a másik végletben 16 milliárd milliárd grammot nyer! Hogy ötletet adjak, egy gramm billió gramm a test egyetlen sejtjének átlagos tömege. Összegzésképpen elmondható, hogy a Föld tömegének éves változásának százaléka olyan kicsi, hogy gyakorlati szempontból biztosítani tudjuk, hogy bolygónk se kövér, se vékony legyen.

Meg fogja mondani nekem, és jó okkal, ennyi számítást erre! hát igen, de ... mennyit tanultunk!