физическая задача Челябинский метеор
Как прекрасно видно на клипе с видеорегистратора под Костанаем (Казахстан) и вот на этих фрагментах кадров, выбранных с интервалом 1 секунда и совмещенных по горизонтали для компенсации поворота автомобиля, несшего видеорегистратор:

– ярко светящаяся сфера вокруг метеора:
1) имела центр, движущийся по треку метеора с космической скоростью (как пишут, сначала 17,5 км/с)
2) имела переменный радиус, увеличивающийся временами также с космической скоростью (иногда до половины скорости метеора)
3) оставалась именно сферой, даже при максимальном радиусе (около 13 км)
Легко объяснить огромный и мгновенный плазменный шар при ядерном / термоядерном взрыве: он создается вспышкой ионизирующего излучения при распаде тяжелых атомных ядер или слиянии легких.
А как создает себе плазменный шар метеор?
апдейт
апдейт-2 с сайта neo.jpl.nasa.gov
Момент вспышки максимальной яркости 15 Feb. 2013/03:20:33 GMT
в этот момент координаты 54.8 deg. N 61.1 deg. E высота 23.3 km скорость 18.6 km/s
Полная энергия метеора 440 ктонн тротила, из них излучено ~90 ктонн тротила = 3.75 x 10^14 джоулей

– ярко светящаяся сфера вокруг метеора:
1) имела центр, движущийся по треку метеора с космической скоростью (как пишут, сначала 17,5 км/с)
2) имела переменный радиус, увеличивающийся временами также с космической скоростью (иногда до половины скорости метеора)
3) оставалась именно сферой, даже при максимальном радиусе (около 13 км)
Легко объяснить огромный и мгновенный плазменный шар при ядерном / термоядерном взрыве: он создается вспышкой ионизирующего излучения при распаде тяжелых атомных ядер или слиянии легких.
А как создает себе плазменный шар метеор?
апдейт
апдейт-2 с сайта neo.jpl.nasa.gov
Момент вспышки максимальной яркости 15 Feb. 2013/03:20:33 GMT
в этот момент координаты 54.8 deg. N 61.1 deg. E высота 23.3 km скорость 18.6 km/s
Полная энергия метеора 440 ктонн тротила, из них излучено ~90 ктонн тротила = 3.75 x 10^14 джоулей
no subject
Да нет же, на кадре 09:20:32-04 тень от прохожего (рост 2 м) четкая и рядом тень от дома (рост 10 м) размытая (только там, где тень от крыши и верхнего этажа). Это явно показывает неточечный источник света этих теней.
no subject
no subject
Граница тени, отвечающая верхнему краю крыши 3-этажного дома слева, подозрительно четкая, по сравнению с границей тени, отвечающей краю стены дома.
Соглашусь, что здесь источник света быстрым движением вбок смазал видео.
Я еще подумал, может быть здесь источник света опустился низко, и лишь маленький краешек плазменного шара выглядывал над крышей, если смотреть из соответствующей точки на земле. Но! как раз заход огромного плазменного шара за крышу и должен был создавать полутень, которую мы не видим.
Оценим гарантированную четкость тени по этому снимку в 30 см, что для 10-метрового дома ограничивает угловой размер источника света 1/30 радиана. Если шар был до 25 км в диаметре, его придется удалить от привокзальной площади Челябинска на 750 км, это многовато.
Не знаю что и думать. Плазменный шар повис на волоске.
Ваш скепсис разделяет википедия, которая рисует схему без плазменных шаров:
Впрочем, на странице обсуждения дается ссылка на челябинское видео, где плазменные шары, на этот раз в чистом небе (без красного гало) и огромного углового размера в нужные моменты возникают; затем еще видно события за горизонтом Костаная - продолжение метеорного следа, а также красное свечение участка следа, где прошел центр последнего по времени и наибольшего по радиусу плазменного шара.
Еще одно челябинское видео с тенями, на этот раз 1280x720 пикселов, съемка с 4-го этажа ~10-этажного дома Батумская улица, 9а (55.119701,61.468403), вид из окна в угловой части дома, во двор, на восток. Главный максимум яркости на кадре 877
главная ударная волна спустя 77 секунд. Теней два комплекта: сначала от источника на юго-востоке, не от дома, а только от прохожего, автомобилей и т.п.; затем добавляется второй, быстро движущийся источник на юге с перемещением на юго-запад, так что его тени крутятся, тогда как первые тени продолжают стоять; впрочем, когда второй источник, после главной вспышки, оказывается на западе, первые тени уже пропали.
Если до центра шара 40 км, и его диаметр 25 км, полутень в этот момент должна быть метров 15. Но, может быть, она такая и есть, и все дело в нашем неумении по видео заметить края полутени?
no subject
Поскольку общепринятое объяснение взрыва - это раскалывание метеорита на куски, это как раз вполне понятно: часть света излучается крупными фрагментами, а другая часть - отколовшимся мелким мусором, который гораздо быстрее тормозится, и по той же самой причине светится непропорционально ярче. То есть в процессе взрыва источник растянулся в горизонтальном направлении, точнее - вдоль траектории.
Возможно, что "стационарный" источник - это излучение остывающего дымового хвоста или отраженное дымовым хвостом излучение основного источника. Кстати, на костанайском видео хорошо заметно, что дымовой хвост после выхода из зоны "файрболла" еще некоторое время продолжает ярко светиться, и это выглядит именно как остывание.
Вот еще видео, на котором хорошо видны тени от двух источников, стационарного и движущегося: http://www.youtube.com/watch?v=odKjwrjIM-k#! . Как следует из комментария и из характера движения теней, это снято почти непосредственно в эпицентре. И видно, что
1. Второй источник появляется только после взрыва (светящееся облако дыма?)
2. От обоих источников тени довольно четкие.
А вот на этом ролике хорошо видны сами два источника: http://www.youtube.com/watch?v=kZxr9nAVQSo#ws
no subject
Костанайская съемка слишком далекая (160-170 км по горизонтали), лишена начала (за правым краем кадра) и конца (за дымкой на горизонте и собственно за горизонтом). Тюменские съемки слишком далекие и ужасно мешают дома на линии горизонта. Челябинские съемки либо дико пересвечены, сенсоры в шоке, либо это съемки только теней, по которым мало что понятно.
Возможно, плазменный шар, сопровождающий метеор в костанайском клипе, - иллюзия из-за расплывания некоей ослепительной сияющей точки, причем это расплывание должно было случиться в воздухе далеко от наблюдателя, чтобы иллюзорный шар садился за дымку на горизонте, и симметричным образом, игнорируя различия в свойствах воздуха на разных высотах (для сравнения отметим красное гало вокруг шара, которое, во-первых, игнорирует дымку на горизонте, и следовательно образовалось в воздухе поближе к наблюдателю, и, во-вторых, имеет дрожащую, волнистую границу, отнюдь не ровное кольцо).
Возможно, мощность явления действительно была 0,5 мегатонны тротила, и что существует механизм, создающий мгновенный плазменный шар как при термоядерном взрыве. Если суть в некоих вспышках фотонов высоких энергий, для которых даже на высоте 80 км воздух непрозрачен и которые создают плазменный шар, в котором фотоны многократно поглощаются и переизлучаются и где подавляющая часть энергии имеет форму фотонов, а не возбужденных молекул воздуха, где температура снижается с удалением от центра благодаря уменьшению плотности расходящегося потока энергии и независимо от плотности воздуха, то поверхность такого шара образуется там, где температура фотонов снижается до окна прозрачности в спектре поглощения воздуха, т.е. примерно до фотонов видимого света при температуре 3000-6000 K, и размер шара определяется требованием излучить поступившую мощность с поверхности шара при этой температуре. По моей оценке мощность, создающая шары такого размера, в 100 раз больше средней мощности челябинского метеора даже по версии NASA. Может быть, дело в том, что вспышки имели высокую скважность, например, происходили каждые 10 миллисекунд и длились по 0,1 миллисекунды? Тогда на видео с длительностью кадра 42 миллисекунды плазменный шар будет иметь в 100 раз меньшую яркость, чем если бы это был бассейн с жидким металлом 3000K или, там, нить галогеновой лампы, но его мерцание заметно не будет. Беда в том, что я не представляю, как происходит разрушение каменного мини-астероида и насколько неравномерно во времени, в масштабе миллисекунд, излучается энергия.
no subject
Судя по тому, что отсветы от вспышки имеют красноватый оттенок, температура вряд ли достигала 6000 градусов, хотя, наверное, измерялась несколькими тысячами градусов. Тепловая радиация с температурой 3000К почти не содержит ионизирующих составляющих, да и при 6000К ионизирующей радиации мало. Энергия ионизации молекулярного кислорода около 12эВ, азота - 15эВ, а один эВ - это 11 000К, кванты с такой энергией - это где-то на границе между ультрафиолетом и рентгеном. Для другого сравнения, квант видимого света (что соответствует максимуму энергии теплового излучения температурой 6000К) - это 2-3эВ. Поэтому при тепловых процессах с температурами порядка 6000К ни о какой серьезной ионизации говорить не приходится и возникновение плазменного шара представляется мне невероятным.
Имеющиеся данные по теням все-таки указывают на то, что источник был небольшой, вряд ли превосходил по угловому размеру образовавшийся облачный след. То есть светились твердые частицы - сам метеорит, откалывающиеся от него мелкие куски и конденсирующиеся пары оливина или из чего он там состоял, а никакого светящегося шара не было.
no subject
Потому я предлагаю считать это температурой уже на поверхности плазменного шара, в том месте, где прекращается внутриплазменное многократное переизлучение фотонов и откуда энергия свободно разлетается на километры и сотни километров.
Только надо уточнить, что из-за присутствия молекул и кристалликов воды воздух непрозрачен также для среднего ультрафиолета. Непрозрачность здесь подразумевается для толщин, сравнимых с размерами плазменного шара, т.е. километр. Поэтому даже на высоте 80 км непрозрачность остается неизменным качественным параметром.
Таким образом, ультрафиолет (кроме самого ближнего) надо отнести к "ионизирующему излучению".
Другое важное условие для получения идеальной шаровой формы - малая теплоемкость, т.е. малая доля энергии вещества по сравнению с энергией фотонов, независимо от высоты и соответствующей плотности воздуха.
no subject
Как я понимаю, фотосфера Солнца находится в тепловом равновесии с излучением за счет очень большой толщины, ионизирована-то она довольно слабо, поэтому на фотосферы звезд как на опровержение моей оценки можете не ссылаться.
В принципе, можно попробовать зайти с другой стороны и попробовать оценить температуру, достижимую при входе в атмосферу со скоростью 15км/сек. По формуле для среднеквадратичной скорости молекул в зависимости от температуры (V=sqrt(3RT/μ), получаем T=μV^2/3R. принимаем μ=0.0145 (считаем, что все молекулы диссоциировали), получем 0.0145*15000^2/3*8.31=130866K, то есть, вроде бы, искомые 100 000К есть. Для ионизации, вроде, почти достаточно, но как-то слишком на пределе, вряд ли ионизирующее излучение сможет создать большой плазменный шар. И равновесная температура поверхности метеорита будет существенно ниже за счет излучения и теплоты парообразования.
Для среднего ультрафиолета воздух непрозрачен из-за рэлеевского рассеяния, оно нагревает газ довольно слабо. А воды и, тем более, кристалликов на высотах порядка десятков километров слишком мало, чтобы они всерьез могли что-то разогреть.
no subject
Плотность фотосферы Солнца низкая (от 10-2 до 10-3 г/мЗ), не будем ссылаться на довольно большую толщину ее полупрозрачного слоя.
no subject
no subject
И границе этой области отвечает падение плотности потока энергии и, пропорционально, четвертой степени температуры. Это соотношение не зависит от плотности, здесь что воздух, что жидкий металл. Поэтому область имеет форму шара, игнорируя различие плотности воздуха на разных высотах.
Ссылки:
npoбег света в воздухе на уровне моря составляет при температуре 10000° ~0,5 м
npaктически весь средний и приблизительно 90 % дальнего ультрафиолета поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу.
no subject
Пробег ультрафиолета в нейтральном или слабо ионизированном воздухе при стратосферных давлениях измеряется десятками километров (толщина озонового слоя). При этом, верхняя стратосфера, конечно, нагревается (она потому и стратосфера, что там температура растет с высотой и поэтому нет конвекции), но особого переизлучения не наблюдается.
Тепловое излучение не зависит от плотности, оно зависит от цвета (спектра поглощения-испускания). Светлые тела слабо поглощают излучение и слабо излучают. Темные тела и поглощают, и излучают сильнее. Спектр и интенсивность излучения абсолютно черного тела имеет только абсолютно черное тело. :) Прозрачное тело, каковым является нейтральный газ, вообще очень слабо излучает, даже при очень высоких температурах.
Если бы интенсивность излучения не менялась с цветом и прозрачностью излучающего вещества, можно было бы построить вечный двигатель второго рода: ставим друг напротив друга в вакууме черную и светлую пластины. Если бы светлая пластина излучала как абсолютно черное тело, она бы охлаждалась, а черная пластина бы нагревалась, как за счет излучения светлой пластины, так и за счет отраженного ею излучения. Перенос тепла от холодного тела к теплому, явно запрещен вторым началом термодинамики.
(no subject)
(no subject)
no subject
no subject
В мягком ультрафиолетовом излучении никакой ионизации не происходит, только свободно-радикальные реакции с атомарным кислородом, причем, преимущественно, образование озона. Если бы от излучения температурой 6000К возникала сколько-нибудь заметная ионизация, это могло бы провоцировать электрический пробой - но я что-то ни разу не слышал, чтобы высоковольтное оборудование рекомендовали защищать от солнечного света или света дуговых прожекторов.
no subject
ступенчатую ионизацию - последовательное многофотонное возбуждение, подъем по энергетическим уровням шаг за шагом - ничего запретить-отменить не может; просто - как для любой последовательной реакции - концентрация конечного продукта (плазмы) будет мала (лимитирующей стадией впрочем должен быть первый - самый большой -переход, с основного на первый возбужденный уровень, навскидку - половинка энергии ионизации, энергетику уровней атомов кислорода и азота я искать поленился). Но я подозреваю, что сечение захвата фотонов у молекулярного-атомарного кислорода-азота будет выше, чем у солнечного водорода. Тем более с учетом продуктов взаимодействия атомарных N и O, того же озона и NxOy.
для пробоя - цепного-лавинного процесса - нужна некоторая минимальная скорость образования - концентрация свободных ионов. А на уровне моря соответствующий 6000 К ультрафиолетовый хвост практически нацело отфильтрован. Соорудить же демонстрационную установку, в которой пробой будет инициироваться дуговым разрядом, уверен, очень несложно.
no subject
В таком случае, наверное, уместнее говорить об исключительном совпадении оценок, :) потому что я исходил совсем из других соображений, а порядок величины сошелся.
>Максимум излучения при 50 000 К приходится на 60нм
А вот тут ваша оценка начинает противоречить самой себе. Если бы вокруг разогретой до 50 000К зоны образовался огненный шар с внешней равновесной температурой порядка 6000К, потери на излучение бы пропорционально снизились. Фактически, этот шар сработал бы как теплоизоляция. То есть ваша оценка 50 000К предполагает, что метеор излучал беспрепятственно, с пренебрежимо малым переизлучением в окружающем воздухе. То есть там, конечно, был нагрев газа, какая-то фотохимия, даже какая-то ионизация, может быть, даже достаточная, чтобы создать засветку на матрицах регистраторов, но никакого равновесного с излучением огненного шара там быть не могло.
>для пробоя - цепного-лавинного процесса - нужна некоторая минимальная скорость образования - концентрация свободных ионов.
Для установления равновесия с излучением в небольшом объеме нужна она же. QED?
no subject
no subject
И другое рассуждение на пальцах также остается верным: нет
ножек, нет конфеткиионизации - нет теплового равновесия с излучением, поэтому, даже если огненный шар и будет, его граница должна иметь очень высокую температуру, порядка потенциала ионизации газов воздуха, то есть порядка 10 эВ, то есть порядка 100 000К, а дальше взаимодействие излучения с воздухом будет происходить неравновесно.(no subject)
(no subject)
(no subject)
no subject
no subject
no subject
no subject
no subject
оффтоп, меня поразивший - максимальное удельное объемное энерговыделение - в центре ядра - термоядерного солнечного синтеза на порядок меньше такового в человеческом теле. Солнце - очень несуетливый объект, берущий исключительно своей массой ; )
no subject
no subject
Вот здесь: http://www.astro.tsu.ru/astrophysics/lecture_8.pdf (че-то у меня акробат копипастить из этого документа забастовал) это утверждение конкретизируется: донорами электронов являются именно щелочные и щелочноземельные металлы, потенциал ионизации которых составляет несколько эВ.
То есть механизм ионизации фотосферы не такой, как я думал, но я был прав в том, что в земной стратосфере он невозможен.