физическая задача Челябинский метеор

[v_phi]

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

Comments

[v-phi.livejournal.com]

при 6000К ионизирующей радиации мало
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.

[pargentum.livejournal.com]

6000К не может быть температурой поверхности плазменного шара, потому что поверхность этого шара - это, по определению, область, где ионизация еще происходит, то есть где температуры составляют порядка 100 000К.

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.

[v-phi.livejournal.com]

ок, заменяем плазменный шар на шар, ионизированный из-за фотонной активности молекул воды.
Плотность фотосферы Солнца низкая (от 10-2 до 10-3 г/мЗ), не будем ссылаться на довольно большую толщину ее полупрозрачного слоя.

[pargentum.livejournal.com]

Потенциал ионизации молекулы воды составляет 12эВ (пруфлинк (http://www.xumuk.ru/encyklopedia/786.html)), то есть мало отличается от аналогичных параметров молекулярного кислорода и азота. Поэтому добавление паров воды к физике взаимодействия излучения с воздухом мало что добавляет.

[v-phi.livejournal.com]

ок, будем говорить о пространственной области возбужденных молекул воды (и диоксида углерода, кстати), об области, в которой протекает радиационная диффузия. Так или иначе, воздух непрозрачен в диапазоне средний и дальний ультрафиолет, рентген. Значит, свободный вылет фотонов этого диапазона из метеора в бесконечность невозможен. Значит, самый быстрый проход энергии через воздух происходит с поглощением и переизлучением фотонов.
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.

[pargentum.livejournal.com]

Ваша цифра по пробегу света относится к ионизированному воздуху при давлениях на уровне моря. Как мы выяснили, сколько-нибудь значительной ионизации за пределами ударной волны в обсуждаемых условиях быть не может, не хватит ни температуры, ни энергии излучения. Поэтому эта цифра не имеет отношения к делу.

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.

[v-phi.livejournal.com]

да вроде для среднего и дальнего УФ воздух категорически непрозрачен, при тощинах много меньше километра на высоте 80 км. Пусть толщина полупрозрачного (для УФ) слоя 50 метров. Про более тонкий слой было бы справедливо заявить, что материал прозрачный, светится слабо. Но про сферу радиуса километры придется сказать, что она абсолютно черная и светится согласно температуре теплового равновесия с диффундирующим излучением.

[pargentum.livejournal.com]

1. Абсолютно черная сфера радиусом километры давала бы размытые тени. Мы с вами их не нашли.
2. да вроде для среднего и дальнего УФ воздух категорически непрозрачен, при тощинах много меньше километра на высоте 80 км.
Откуда дровишки? И как это согласовать с толщиной озонового слоя, измеряемой десятками километров, и его размещением на гораздо меньших высотах? А также с тем, что свечение в страто- и мезосфере наблюдается только под влиянием заряженных частиц?