محاسبه انرژی آزاد شده از برخورد یک ستاره دنباله دار با زمین

در فیلم سینمایی "بالا را نگاه نکن" (Don’t Look Up) یک ستاره شناس و دستیار جوانش ستاره دنباله داری با قطر تقریبی 5 تا 10 کیلومتر کشف می کنند که در مسیر برخورد مستقیم با زمین قرار دارد. یکی از بزرگترین چالش های دانشمندانی که متوجه این واقعیت شده بودند، قبولاندن میزان وخامت اوضاع به سیاستمداران وقت بود. آنها اصرار داشتند که برخورد چنین جرم آسمانی می تواند کل گونه های زنده بر روی زمین را از میان ببرد اما عموم مردم فریفته بازی های سیاسی حاکمان شده و غافل از آینده هولناکی بودند که انتظار آنها را می کشید.  گرچه این فیلم را می توان هجویه ای بر تقابل سیاست و علم دانست، اما برخی مطالب مطرح شده در آن با واقعیات علمی همخوانی دارند. اما از نقطه نظر علمی اگر یک ستاره دنباله دار به قطر 5 کیلومتر با زمین برخورد کند چه میزان انرژی رها خواهد شد؟

ستاره های دنباله دار بیشتر از عناصر سنگی با چگالی حدود 7000 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته شده اند. برای محاسبه جرم ستاره دنباله دار باید حجم آن را در این چگالی ضرب کنیم:

Volume=(4/3)*(3.1416)*(5000) ³= 524(10)⁹

M=Volume*Density=524(10)⁹*7000=3.67(10)¹⁵   Kg

برای محاسبه انرژی این ستاره دنباله دار باید از فرمول انرژی جنبشی استفاده کنیم. یک ستاره دنباله دار که از فضای دور دست می آید هنگام برخورد با زمین سرعتی حدود 52 کیلومتر بر ثانیه خواهد داشت.

K=(1/2)MV² = 0.5*3.67(10)¹⁵*(52000)²=4.96(10)²⁴   Jouls

انرژی آزاد شده در طی انفجار بمب هیروشیما (جنگ جهانی دوم) حدود 1.5 (10)¹³ ژول بوده است. با تقسیم عدد بالا بر این مقدار انرژی خواهیم داشت:

4.96(10)²⁴  / 1.5(10)¹³ = 330(10)⁹

به عبارتی چنین ستاره دنباله داری در اثر برخورد با زمین انرژی معادل انفجار 330 میلیارد بمب اتمی هیروشیما آزاد خواهد کرد! این مقدار انرژی می تواند حیات را بر روی کره زمین بطور کلی نابود سازد.

منابع استخراج داده ها:

https://www.britannica.com/technology/atomic-bomb

https://serc.carleton.edu/quantskills/activities/botec_earthquake.html

---

تدریس دروس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی مجرب با بیش از بیست و چهار سال سابقه مفید

09360771981

---

ستاره های دنباله دار

در گذشته های دور ظهور ناگهانی و غیرقابل پیش بینی این اجرام درخشان با دنباله طولانی باعث حیرت و وحشت مردمان قدیم می‌گردید. ستاره شناسان چینی سوابق گسترده ای از این اجرام آسمانی با مشخصات ویژه دم آنها و مکان آنها در فضا برای صدها سال گردآوری کرده بودند. این سالنامه های تاریخی ستاره های دنباله دار منبع ارزشمندی برای ستاره شناسان بعدی شدند.

اکنون می دانیم که ستاره های دنباله دار باقیمانده های شکل گیری سیارات در دستگاه خورشیدی ما در حدود 4.6 میلیارد سال قبل هستند. آنها بیشتر از یخ پوشیده شده با ماده آلی تیره رنگ ساخته شده و به نام گوله برفی های کثیف موسوم بودند. این اجرام می توانند اطلاعات مهمی درباره شکل گیری دستگاه خورشیدی ما بدست دهند. ممکن است آب و ترکیبات آلی سازنده عناصر حیات توسط این ستاره های دنباله دار به زمین و سایر بخش‌های دستگاه خورشیدی آورده شده باشند.

ستاره دنباله دار هالی

ستاره های دنباله دار از کجا می آیند؟

جرارد کویپر (Gerard Kuiper) در سال 1951 این نظریه را مطرح کرد که یک کمربند دیسک مانند در ورای مدار نپتون حاوی جمعیتی از ستاره های دنباله دار تیره است که در محدوده قلمرو پلوتون به دور خورشید می گردند. این اشیاء یخ زده که گاهی توسط گرانش به مدارات خاصی رانده شده و به خورشید نزدیکتر می گردند، ستاره های دنباله دار با دوره کوتاه را تشکیل می دهند. مدار آنها به دور خورشید کمتر از 200 سال بطول می انجامد و گاهی ظهور آنها قابل پیش بینی است زیرا سابقا از آسمان زمین عبور کرده اند. ستاره های دنباله داری که کمتر قابل پیش بینی هستند از منطقه ای به نام ابر اورت (Oort Cloud) می آیند که حدود 15 هزار میلیارد کیلومتر از خورشید فاصله دارند. این ستاره های دنباله دار ابر اورت حدود 30 میلیون سال طول می کشد تا مدار خود به دور خورشید را کامل کنند.

مدار ستاره دنباله دار به دور خورشید

هر ستاره دنباله دار دارای یک بخش یخزده کوچک است که هسته نام دارد و ممکن است تنها چند کیلومتر پهنا داشته باشد. هسته شامل تکه های یخ، گازهای یخزده و کمی غبار گیرافتاده درون یخ است. وقتی یک ستاره دنباله دار به خورشید نزدیک می شود، داغتر شده و یک اتمسفر به نام کوما به دور خود ایجاد می کند.  گرمای خورشید باعث تصعید یخ ها شده و کما بزرگتر می شود. کما ممکن است صدها یا هزاران کیلومتر گسترش یابد. فشار نور خورشید و ذرات پرسرعت خورشیدی (توفان خورشیدی) غبار و گاز سازنده کوما را از خورشید به دور می راند که به شکل یک دم طولانی و درخشان دیده می شود. ستاره های دنباله دار اغلب دارای دو دم هستند، یک دم از غبار و دم دیگری از گاز یونیزه شده.

بیشتر ستاره های دنباله دار در فاصله امنی از خورشید سیر می کنند. ستاره هالی از 89 میلیون کیلومتر به خورشید نزدیکتر نمی شود. لیکن برخی ستاره های دنباله دار که خورشید خراش (sungrazer) نامیده می شوند مستقیما به درون خورشید سقوط می کنند یا آنچنان به خورشید نزدیک می شوند که خرد شده و تبخیر می شوند.

منبع:

https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/comets/in-depth/