Нашата наука за всеки ден

отслабва

Природата ни изненадва всеки момент с множество явления, които предизвикват любопитството ни. Нашата ежедневна наука е пространство, в което Анхел Родригес Лозано ни насърчава да се огледаме и да открием ежедневни явления, които имат обяснение в светлината на науката.

Може ли Земята да напълнее или да отслабне като човек? (2-ра част)

На този очевидно невинен въпрос не е лесно да се отговори, както успяхме да видим в предишната програма на „Нашата ежедневна наука.“ Обобщавайки съвсем накратко казаното там, можем да приложим към Земята същата стратегия, която използваме, за да знаем дали съществото е човек набира или отслабва. Достатъчно е да добавим това, което консумираме, и да извадим това, което изгонваме.

Земята се скита из Слънчевата система, като помета частици, атоми, молекули, космически прах, метеорити ... понякога дори поглъща комета или астероид, дори ако причинява катастрофално лошо храносмилане като това, което уби динозаврите. Количеството маса, което Земята поглъща в годишното си меню, е между 35 000 тона минимум и 110 000 тона максимум. Истината е, че при толкова широки граници на грешки е трудно да се даде конкретен отговор. Но все пак ще опитаме.

Как изтънява Земята?

Нека да прегледаме начините, по които трябва да отслабнем и това умствено упражнение ще ни помогне да анализираме как го прави планетата Земя. За да изчислим нашата загуба на маса, първото нещо, за което трябва да сме ясни, е границата, където тялото ни свършва и това, което вече не е наше, започва. Кожата е нашата телесна граница, имайки предвид, да, че имаме затворени уста, ноздри и сфинктери, каква е границата на Земята?

Представете си, че ние излитаме в космически кораб и се намираме в орбита около Земята, като хората, които живеят в Международната космическа станция в момента. Принадлежат ли тези астронавти и МКС на Земята и следователно са част от масата на Земята ? планета, или не? Ако отговорите с „не“, ще поставим друга дилема: И така, когато скочим и краката ни са във въздуха, не принадлежим ли и ние на Земята? Логично критерият трябва да е различен. Когато кораб е в орбита около Земята, уловен от неговата гравитация, той принадлежи на Земята точно както ние, когато скачаме, докато сме във въздуха. Единствената разлика е, че космическият кораб е в постоянно свободно падане, но не се срива, тъй като земната повърхност се извива под него.

Земята дефекира материята под формата на междупланетни кораби

Ако включим двигателите на космически кораб и го ускорим до степен да избегне привличането на Земята - това е направено с междупланетни космически кораби като Касини, които сега се въртят около Сатурн - този космически кораб ще бъде парче маса. с технологията, че Земята ще загуби завинаги. Може би не е много елегантно да го казваме така, но бихме могли да кажем, че Тера "дефекатира" материята под формата на междупланетни кораби.

Маса на сушата на Луната

Знаем, че Луната се върти около Земята, не трябва ли да я включим в масата на планетата като още един спътник? Земята и Луната се считат, астрономически погледнато, за двойна система. Въпреки че са независими тела, и двете са достатъчно големи, така че да са свързани с общ център на тежестта, който не е нито центърът на Земята, нито центърът на Луната, а точка, разположена на линията, която свързва центровете на и двете тела. Би било като майка, която е родила бебе. Вече не му принадлежи, те са независими органи, но двамата продължават да имат много силна връзка. Така кораб, който излита от Земята и е заловен от Луната, ще принадлежи на последната, а не на майката планета. По този начин трябва да добавим 180-те тона земен материал, разпръснати по лунната повърхност. Ако към този материал добавим масата на мисиите (повечето от първите, които са стартирали), които са пропуснали целта си и сега обикалят Слънчевата система, можем да кажем, че общият набор от маса, загубена от Земята през цялото си кариерно пространство е около 1000 tm. Логично годишната сума е много малка и зависи от мисиите.

Ядрено изтъняване.

Много от нас биха искали да накарат излишните килограми да изчезнат като по магия и по някакъв начин това, което за нас е невъзможна мечта, защото Земята е ежедневна реалност. Нищо чудно, ние самите сме свикнали да превръщаме масата в енергия в атомните електроцентрали. Процесът, при който атомните електроцентрали и бомбите превръщат масата в енергия, се състои в разбиване на атомите на уран или плутоний на по-малки парчета. Ако добавим масата преди и след ядрено делене, сметките не се събират. Липсва много малко количество маса, което е превърнато в енергия, следвайки формулата на Айнщайн E = mc ^ 2 ^.

Земята съдържа във вътрешността си забележително количество радиоактивни материали, които спонтанно се разпадат с течение на времето, осигурявайки като цяло огромно количество енергия. Земята генерира 44 теравата енергия във вътрешността си, някои изчисления показват, че около 22 теравата, идва от разпадането на радиоактивни елементи, но останалото не е известно откъде точно идва. Изтъква се като възможност за остатък от минали разпадания, че поради проблеми с дифузията постепенно се появява, има и възможността тя да бъде причинена, поне отчасти, от вътрешните сили на триене, причинени от приливите и отливите, които Луната и Слънцето упражнява върху Земята. Има дори такива, които защитават, че вътре в ядрото на Земята има пълен ядрен реактор. Както и да е, това, което можем да направим, е еквивалент на енергия-маса, защото Айнщайн винаги е прав. По този начин, направени изчисленията, енергията, излъчвана от Земята, е еквивалентна на загуба от 15 тона маса годишно. Не е много, но всичко се брои.

Земята губи газ

За да дадем отговор, нека се върнем към космическите ракети, които споменахме в началото. Тогава казахме, че само малцина успяват да избягат от земната гравитация и за да постигнат това, те трябва да достигнат скоростта на бягство на земната повърхност е 11 200 m/s. Ако хвърлим камък нагоре, той ще падне отново, но ако успяхме да му осигурим скорост, по-голяма от тази на бягството, той ще бъде загубен завинаги в дълбините на Слънчевата система.

Това, което е вярно за космическите кораби, важи и за молекулите и атомите в атмосферата. На повърхността на Земята атмосферата е много плътна и малкото молекули, които имат скорост по-голяма от бягството, не могат да го направят, защото в крайна сметка се сблъскват с други молекули и губят скорост. Сега, ако наберем височина, отдалечавайки се от повърхността, атмосферата става все по-малко плътна и идва момент, когато броят на атомите и молекулите е толкова малък, че вече не се сблъскват помежду си. На Земята това състояние се достига на около 500 километра над морското равнище, място, известно като „екзобаза“. Там частица, която носи скорост, по-голяма от тази на бягството, просто избягва, напуска Земята и става пътник през Слънчевата система.

В екзобазата някои молекули вода - която съдържа един атом кислород и два водорода - и метан - който съдържа един въглерод и четири водорода - се разбиват и техните атоми се отделят поради слънчевата радиация. Водородните атоми, които, както казахме, са най-леките, се движат много по-бързо, отколкото на повърхността (между 5000 m/s и 5500 m/s), тъй като на тези височини температурата се колебае между 1000 K и 2500 K. скоростите не са достатъчни за бягство (на височина 500 км скоростта на бягство е 10 800 m/s), но, както вече казах, това са средни скорости, което означава, че някои атоми вървят по-бързо и сред тях няколко надхвърлят избягайте от скоростта и тръгнете на пътешествие през междупланетната среда. Ето как Земята, атом по атом, губи малка част от своята маса. Това, което беше казано за водорода, работи и за други атоми, като хелий, макар че те са по-тежки и избягват в по-малко количество.

Не е достатъчно да имаме адекватната скорост за бягство, магнитното поле, което заобикаля Земята, е вид щит, който ни предпазва от заредените частици на слънчевия вятър, а също така предотвратява бягството на заредени атоми (йони), отклонявайки пътя им към полюсите, обаче, водородният атом може да получи електрон и да стане неутрален, в този случай магнитното поле не може да му попречи да избяга, ако има достатъчна скорост. Друг вариант е, че бягството се случва на магнитните полюси, което е мястото, където те намират изходен отвор, ако са заредени.

Като се има предвид всичко това, беше изчислено, че всяка секунда Земята губи около 3 килограма водород и 50 грама хелий (не успях да открия с каква граница на грешка, с която са изчислени тези количества). Това означава, че около 96 000 тона газове, главно водород, могат да бъдат загубени в течение на една година. Тъй като солидните загуби на маса поради междупланетни космически кораби и ядрени процеси са много малки, за практически цели можем да приемем тази цифра като добра.

Земята прави ли ви дебела или слаба?

В предишната програма бяхме казали, че маржът на масовата печалба е между 35 000 и 110 000 тона годишно, според изчисленията. Броят на загубите е около 96 000 тона годишно. Ако печалбата на маса е на най-ниските нива и загубата на газ е вярна, Земята би загубила 60 000 тона годишно. Ако вземем най-високите стойности, нашата планета би спечелила около 16 000 тона всяка година. Както можете да видите, при толкова широки граници на грешка е невъзможно да се отговори точно. Но можем да кажем нещо, което ще ни остави по-спокойни.

Както вече споменах, загубата или печалбата на маса е относителна, не е същото, че слонът печели килограм от мишка. Следователно е важно да се знае какво означават тези 60 000 тона загуба или 16 000 печалба относително в сравнение с общата маса на Земята. Направихме изчисленията и вариацията е еквивалентна на това, че човек с тегло 70 килограма губи нищожно количество - 71 милиардни части от грам! - или в другата крайност, печелейки 16 милиардни части от грам! За да ви дадем представа, трилионна грам е средното тегло на една клетка в тялото ви. В заключение, процентът на промяна в масата на Земята годишно е толкова малък, че за практически цели можем да гарантираме, че нашата планета нито дебелее, нито отслабва.

Ще ми кажете и с основателна причина толкова много изчисления за това! ами да, но ... колко много сме научили!