天文科普:摧毀一顆行星需要多少能量?
來源:新浪科技
發(fā)布時間:2020-05-08
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在《星球大戰(zhàn):天行者崛起》中,一艘緒斯同級殲星艦從太空發(fā)射了一束超級強大的光束,炸毀了奇基米星  在《星球大戰(zhàn):天行者崛起》中,一艘緒斯同級殲星艦從太空發(fā)射了一束超級強大的光束,炸毀了奇基米星

  新浪科技訊 北京時間5月8日消息,據國外媒體報道,從奧德朗星(Alderaan)到奇基米星(Kijimi),西斯的君主們顯然很喜歡把行星炸成碎片。那么,《星球大戰(zhàn)》里的末日武器究竟有多強大呢?

  在電影《星球大戰(zhàn):天行者崛起》中,最終秩序想給銀河系里的每個人一個教訓。于是,在銀河皇帝帕爾帕廷的命令下,一艘緒斯同級殲星艦從太空發(fā)射了一束超級強大的光束,炸毀了奇基米星。

  你是否也在想:炸毀一顆行星需要多少能量?當然,這只是一個學術問題,即使并不真實,但計算起來仍然很有意思。

  行星爆炸的視頻分析

  首先,我們需要估算行星炸開后其碎片進入太空的速度。我們可以通過跟蹤視頻分析應用程序做到這一點。具體的想法是,先從電影中挑選出一些特定的片段,然后在視頻的每一幀中映射它們的位置。

  這個位置是用像素來測量的,但是我們可以將其縮放到場景中一個已知的對象上,從而轉換成距離。然后,我們可以從幀速率中得到時間數據,在這種情況下是每秒24幀。假設場景是以正常速度拍攝的(即不是慢動作),那每一幀就代表1/24秒。有了位置和時間數據,我們就可以計算速度了。

  為了修正距離比例,這里將使用奇基米星本身的大小。這個星球有多大?誰也不知道,我們假設它的半徑是1k,其中K =奇基米星的半徑。是的,用我們正在測量的東西來定義單位看起來很傻,但其實在科學中一直都是這么做的(在人們知道地球到太陽的實際距離之前,該距離被設定為1個“天文單位”)。

  還有一個問題。我們只能測量物體垂直于攝像機(即畫面平面)移動的速度。為什么?假設有一大塊碎片朝攝像機的方向斜著飛來,那么在每一幀中,它會稍微向一側移動,從而變得稍微大一些。但如果只畫出該碎片的像素位置,就會低估它經過的距離和速度。

  考慮到這一點,我們可以挑選三塊碎片,它們從行星的邊緣(如攝像機中所看到的)開始以不同的方向向外擴散。跟蹤應用程序隨后給出了碎片行進距離(從行星中心測量的每個物體的徑向位置)與時間的關系圖。

  可以看到,它們基本上都是直線運動,每條直線的斜率(位置變化/時間變化)是徑向速度,單位是K/s。綠色和藍色物體的速度非常相似,大約是0.3K/s;紅色物體開始是0.24K/s然后下降到0.08K/s。這可能是軟件的誤差;當一堆東西在周圍亂飛時,很難在視野中追蹤物體。在后來的一張照片中也觀察到了一些碎片,發(fā)現它們的速度大約是0.4K/s。因為不同的物體以不同的速度運動,所以可以用0.3K/s作為一個粗略的平均值。

跟蹤應用程序隨后給出了碎片行進距離(從行星中心測量的每個物體的徑向位置)與時間的關系圖跟蹤應用程序隨后給出了碎片行進距離(從行星中心測量的每個物體的徑向位置)與時間的關系圖

  是快還是慢?這取決于K的值,如果這個行星和地球一樣大,那么K就是637萬米。用這個來轉換速度單位,得到的行星碎片速度就是每秒190萬米。這是超級快的速度,但仍然只是光速(3億米/秒)的0.6%(這是好事,因為當物體接近光速時會發(fā)生奇怪的事情)。

  當然,如果行星的半徑大于地球半徑,那碎片速度會更高。這可能嗎?在我們的太陽系中,地球是最大的巖石行星,人們可以在上面行走。像木星這樣的行星要大得多,但它們沒有一個結實的巖石表面,因此在它們爆炸時不會噴射出巖石碎片。

  在太陽系之外,大多數已知的系外行星是像木星這樣的氣態(tài)巨行星,它們的密度很低,表明并非由巖石構成。不過,科學家也發(fā)現了一些類地行星。其中最大的一顆是開普勒-20b(Kepler-20b),其半徑是地球的1.87倍。以這個尺度來測量視頻,計算得到的碎片速度可達350萬米/秒——仍然遠低于光速。

  這需要多少能量?

  現在我們可以回答你的問題了。讓我們從三個粗略的近似值開始。假設這顆行星和地球一樣大,半徑為637萬米。我們也用地球的質量,5.972×10^24 kg,并假設密度是均勻的(當然實際并非如此)。

  最后,我們假設所有的行星碎片都以50萬米/秒的平均速度被拋出。這比視頻測量結果慢多了。為什么要降低速度呢?因為視頻中追蹤到的可能是最快的碎片,處于爆炸的前沿。

  根據這個平均速度估計,現在可以計算出爆炸的總能量,即所有飛行碎片的動能(K)(抱歉,這里用K來表示兩種不同的東西)。這個總動能是m(行星的總質量)和v(碎片運動的平均速度)的函數:

  利用地球的質量和對碎片速度的較低估計(50萬米/秒),可以得到7.465×10^35焦耳的能量。舉個例子,如果你從地板上抓起一本物理課本放在桌子上,那需要10焦耳的能量。想象一下,就在10后面加上35個0……這的確是一個很大的數字。

  殲星艦的武器有多強大?

  功率的定義是能量變化的速率,用公式表達即:

  如果能量以焦耳為單位,時間以秒為單位,那么功率的單位就是瓦特。所以讓我們回顧一下視頻,估計一下殲星艦把所有這些能量送到地球上所需要的時間。在這里,假設時間間隔大約為10秒。

  順便說一下,這并不是激光武器,盡管Wookieepedia(一個提供《星球大戰(zhàn)》虛構世界信息的網絡百科全書)稱它為“超級激光”。但如果是激光,那它將是隱形的。你可以在地球上看到激光束,因為光線會被灰塵粒子和其他東西反射,而在太空中,不會有任何東西散射光束,因此也不會有任何東西進入你的眼睛。你只會看到星球突然爆炸。

  不管怎樣,在10秒的時間內,能量變化是7 x 10^35焦耳,這就意味著功率是7 x 10^34瓦。

  作為比較,你可以想象自己能利用所有來自太陽的輻射。這將是相當困難的,因為太陽向各個方向發(fā)光。你得在太陽周圍裝上一個巨大的球形太陽能電池板,就像戴森球一樣。假設你可以做到,那么太陽的總輸出功率將是3.8 x 10^26瓦。

  沒錯,這意味著殲星艦的武器比我們的太陽還要強大1億倍(10^8倍)。換句話說,最終秩序的那些星際飛船擁有數以億計個太陽的能量。這確實是一個令人生畏的對手。但你知道漢·索羅會說什么嗎?“永遠別跟我說幾率?!保ㄈ翁欤?br>
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