Почему сгорают метеориты при входе в атмосферу: Почему метеориты сгорают в атмосфере, а парашютисты — нет?

«Почему вообще что-то сгорает в плотных слоях атмосферы, летя на землю? И почему не сгорает, когда что-то запускают в космос? А должно?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

ТехнологииФизика+2

Анастасия Лукьянова

  ·

98,2 K

Ответить3Уточнить

Susanna Kazaryan

Физика

31,9 K

Сусанна Казарян, США, Физик  · 16 дек 2016

Космические объекты на входе в атмосферу (Линия Кармана, высота около 100 км) обладают скоростью более 10 км/сек. Скорость звука на этих высотах атмосферы немногим ниже 300 м/сек. Поэтому сразу же перед объектом формируется гиперзвуковая ударная волна, на фронте которой образуется огромный скачок давления и температуры. Формулы для расчётов параметров фронта волны весьма громоздки. Поэтому оценим температуру на фронте ударной волны из упрощённых рассуждений.

Объект, сталкиваясь с гиперзвуковой скоростью с молекулами в составе воздуха, передаёт им свою скорость (> 10 км/сек), что соответствует температурам более 100000 °C для молекул азота в составе переднего фронта ударной волны. Колоссальная температура и высокое детонационное давление на фронте ударной волны, несмотря на очень тонкий слой (<< 1 мм) переднего фронта, достаточен для плавления и даже испарения поверхностного слоя (металл и минералы) космического объекта (метеориты). Малая часть этой энергии идёт на яркий световой шлейф под восторг восхищённых зрителей на земле. Для инопланетных кораблей на входе в атмосферу советую поставить дорожный знак: ⚠️ Осторожно. Атмосфера. Сбавь ход, всяк сюда входящий.

Но это не значит, что камень падающий на Землю с высоты 100 км загорится в плотных слоях атмосферы. Нет. Он, будучи очень горячим, с терминальной скоростью ~ 60 м/сек с шумом и свистом грохнется о землю. Так падают отработанные ступени ракетных носителей.

Запуск же ракет в космос начинается с вертикальной нулевой скоростью в плотных слоях атмосферы (на уровне моря). Основное ускорение до орбитальной скорости они получают на выходе из атмосферы асимптотически приближаясь к требуемой орбите.

1 эксперт согласен

12,9 K

Лев Каменцев

21 мая 2020

Немного выше, 110 км, наверное

Комментировать ответ…Комментировать…

Сергей Леонтьев

Математика

265

Астрономия, криптография  · 17 окт 2020

Если с точки зрения физики. РН проходит плотные слои атмосферы достаточно медленно (скажем, Протон на высоте 150 км имеет только 4,3 км/с, а Союз ещё плавнее набирает скорость: на 90 км — 2 км/с и 3,8 км/с на 180 км) и весьма круто, т.е. встречного воздуха на траектории сравнительно немного и его напор сравнительно небольшой.
А спускаемый аппарат, на высоте 80 км имеет… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

истина

-3

4 февр 2021

В двух словах: в плотных слоях больше сила трения и из-за большой скорости происходит воспламенение. при запуске с меньшей скоростью силы трения недостаточно для возгорания. Как в старину добывали огонь!
Что мне делать, если я не имея спецфизастрообразования знаю, что такое тёмная энергия, догадался, что такое тёмная материя, догадался, почему на севере нашей планеты… Читать далее

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Алексей Белков

9

Я много лет исследую катастрофы и аномальные явления, как на Земле так и на других…  · 12 дек 2020

При входе в плотные слои скорость уже высокая, а ракета выходит из плотных слоёв в более низкие и скорость она набирает уже в отсутствии

плотности.

Комментировать ответ…Комментировать…

Naeel Maqsudov

Топ-автор

7,9 K

IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные решения, естествознание, образование  · 16 дек 2016

Дополнительно надо отметить, что речь тут должна идти не о силе трения, а о сопротивлении среды. Сопротивление среды зависит не только от скорости, но еще и очень сильно зависит от формы тела. Ракета и метеорит находятся в весьма неравных условиях еще и с этой стороны.

11,1 K

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

Астроном: такие астероиды падают несколько раз в 100 лет

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Подпись к фото,

Сначала многие очевидцы подумали, что в небе взорвался самолет

Вспыхнувшее в небе над Уралом небесное тело можно называть астероидом, считает старший научный сотрудник петербургского Института прикладной астрономии Николай Железнов. Он рассказал Би-би-си, чем метеорит отличается от метеора и что происходит при их попадании в атмосферу.

С ученым беседовала корреспондент Русской службы Би-би-си Юлия Очетова.


Би-би-си: Разъясните, пожалуйста,

что же произошло над Уралом? Что это — метеорит? Метеор?

<bold>Николай Железнов:</bold> Ну, на самом-то деле данных мало — я видел, конечно, это видео, как он летит… но надо проводить исследование на местности. Я вот слышал, например, что это военные запустили ракету по ошибке… Тут есть, конечно, почва для дискуссии. Но мне все-таки кажется, что это метеорит. Если бы это была ракета, то у нее был бы горящий след по всей траектории. А видно, что горящий след появился в какой-то момент, след неоднородный, есть такое сгущение, типа хлопка, мне кажется, что это место, где он разрушился.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> А кстати, что это было?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Это был метеорит.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> Не метеор?</italic>

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

<bold>Н. Ж.:</bold> Нет, метеоры — это «падающие звезды», которые мы с вами видим. Это мелкие песчинки миллиметровых размеров, которые во время метеорных потоков влетают в земную атмосферу, трутся о наш воздух и сгорают. То есть, это обыкновенные песчинки. Это следы комет. Комета — это просто огромный грязный снежок, который при подлете к Солнцу начинает нагреваться, лед тает, освобождаются пылинки, и кометы «пылят», мы видим хвост.

Метеориты летят с огромной скоростью, порядка несколько километров в секунду, то есть это огромная кинетическая энергия. Естественно, столкновение с воздухом — это как бетонная стена. Когда мы прыгаем в воду с большой высоты, мы чувствуем удар — так же себя чувствуют космические тела, которые влетают в земную атмосферу. От большого трения возникает горение.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> То, что люди видели в Челябинске — это типичное вторжение метеорита?</italic>

<bold>Н. Ж.:</bold> Мое мнение — это может быть типичным вторжением метеорита. Видна горящая траектория и взрыв ближе к поверхности Земли.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> Можно ли предсказать такие события?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Предсказать можно только в том случае, если мы знаем точную орбиту. Если это был метеорит-астероид, он не был обнаружен, не открыт, то есть предсказать было нельзя. Поэтому в США и в Европе сейчас есть большие программы по мониторингу околоземного пространства, по поиску астероидов. Иногда это приносит успех. Например, в 2008 году был обнаружен астероид за сутки до его падения на Землю. Он вошел в атмосферу над территорией Судана и сгорел.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> То есть это был метеорит и астероид?</italic>

<bold>Н. Ж.:</bold> Вы знаете, нет точной грани, но можно провести примерную грань по размеру: все, что больше 50 метров в поперечнике — это астероид. Но это условно, пока ученые спорят. Дело в том, что тела меньше 50 метров с большой вероятностью сгорают в атмосфере, не долетая до Земли.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> В Челябинске метеорит вроде бы не долетел до земли, но все равно территория поражения была довольно большая. Это обычная ситуация?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Да. Дело в том, что все эти метеориты, которые не долетают до Земли, они представляют собой огромную бомбу. Все эти тела несут с собой огромную кинетическую энергию: километры в секунду в квадрате помноженные на массу — вы представляете, какая это бомба! Естественно, когда он взрывается при столкновении с Землей, либо с плотными слоями атмосферы, вся эта кинетическая энергия переходит в тепловую. Это огромная энергия. Соответственно, идет ударная волна — она может снести все, что угодно. В принципе, могло и долететь что-то до Земли. Но больший эффект был от ударной волны.

<italic>
<bold>Би-би-cи:</bold> Что теперь будет происходить? Ученые туда отправятся?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Естественно, будут искать — что это было. Пока все мои рассуждения — чисто предварительные.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> Как часто подобное происходит?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Ежегодно на Землю выпадают многие тысячи тонн метеоритного вещества — метеоров, мелких камешков. Чем камешек крупнее, тем вероятность падения меньше. Я регулярно вижу — по крайней мере, несколько раз в год — что там-то или там-то заметили метеорит. Он может в любую местность упасть с равной вероятностью. Есть старинные кратеры и в Ленобласти, и на Кольском полуострове. Такие крупные, заметные, метеориты — выпадают несколько раз за столетие.

<italic>
<bold>Би-би-си:</bold> Может ли это быть волна метеоритов?</italic>

<bold>Н.Ж.:</bold> Есть предположения — но это чистое предположение, — что этот метеорит может быть связан с астероидом, который пролетит этой ночью. Мы ждем прохождения в опасной близости от Земли 50-метрового астероида — он пролетит в 27 тысячах километров от Земли. Это, может быть, какой-то «рой» мимо Земли проходит. Допустим, упал сейчас, ночью пролетит астероид, а, допустим, через двое суток еще что-то упадет. Может быть. А может быть — чистое совпадение. Очень мало данных.

Падение метеорита в России — вашей реакцией вы можете поделиться на форуме bbcrussian.com

Почему метеоры нагреваются, когда падают через атмосферу?

$\begingroup$

Когда объект (например, метеор) падает через атмосферу на Землю, почему он начинает нагреваться и светиться? Это из-за сжатого воздуха перед ним или из-за сопротивления? Как космические корабли не загораются при пролете?

  • свободное падение
  • метеоры

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Трение и особенно сжатие воздуха впереди с воздухом нагревает метеор, скорость сближения метеора, приближающегося в направлении, противоположном орбитальному движению Земли, может быть значительной, и метеор может нагреваться до 10 000 градусов К. Это вызывает абляцию, удаление под воздействием тепла внешних слоев метеора.

Когда огненный шар движется через атмосферу, горячий пар от абляции сжимается за счет столкновений с
атомы и молекулы атмосферы. Это создает воздушную шапку или гидродинамическую подушку, которая защищает метеор.
от прямых столкновений, что видно на рисунке ниже.

Этот барьер создает два макросостояния перед метеором: Одно на 3500-5000К, которое
мы назовем основной спектр, и один в 10000K, который мы назовем вторым спектром.
[источник]

Абляционный тепловой экран капсулы Аполлона-12 (после использования) на выставке в Центре авиации и космонавтики Вирджинии.

Источник изображения: Википедия Удаление теплового экрана

Удаление теплового экрана командного модуля «Аполлон» вдали от космического корабля путем «сгорания», как метеор, но с большим контролем над абляцией поверхности космического корабля за счет наклона корабля под заданным углом и создания абляционного экрана из композитных материалов, которые медленно горят.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Метеоры движутся очень быстро, когда входят в атмосферу Земли. За нагрев отвечают силы трения, возникающие при столкновениях с молекулами атмосферы. Космические корабли имеют керамические теплозащитные экраны и изоляцию для защиты от высоких температур, возникающих при входе в атмосферу.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

термодинамика — Сжатие против трения — что происходит, когда космические объекты входят в атмосферу Земли?

Читая о том, что происходит, когда космический мусор входит в атмосферу Земли, одни источники говорят о трении, другие говорят о сжатии. Например:

На сайте space.com написано:

.

Метеоритный дождь возникает, когда пыль или частицы астероидов или комет входят в атмосферу Земли с очень большой скоростью. При попадании в атмосферу метеоры трутся о частицы воздуха и создают трение , нагревая метеоры. Тепло испаряет большинство метеоров, создавая то, что мы называем падающими звездами.

С другой стороны, Фил Плейт пишет:

То, что вы видите, это не дым и не горящие частицы. Когда метеорит (фактически твердый кусок материала) пронзает атмосферу, он сильно сжимает воздух, сильно нагревая его (обратите внимание, что это происходит не из-за трения, а из-за сжатия ; например, когда велосипедный насос нагревается, когда вы используй это). Тепло настолько сильное, что ионизирует газы, отрывая электроны от их родительских атомов. Поскольку электроны медленно рекомбинируют с атомами, они излучают свет — так светятся неоновые вывески, а также гигантские звездообразующие туманности в космосе.

Или здесь:

По сути, сверхзвуковой объект создает свою собственную печь, сжимая воздух перед собой. Кроме того, если объект сделан из окисляемого материала (например, железа, алюминия или углерода), а воздух богат кислородом (например, земная атмосфера), то объект может буквально сгореть.
Так что в следующий раз, когда кто-то попытается сказать вам, что трение о воздух вызывает сгорание метеорита в атмосфере, обязательно поправьте их и расскажите им все о сверхзвуковом ударе.

и здесь:

Если вы посмотрите на то, что происходит, когда космический шаттл проходит через атмосферу, атмосфера не сжимается в целом , а просто нагревается. Таким образом, общая потеря энергии происходит из-за трения. Однако по пути немного энергии запасается в сжатом воздухе, а затем теряется из-за трения о воздух, когда он повторно расширяется.

И, наконец, сочетание сжатия и трения:

При движении метеора с такой скоростью выделяется много тепла ( сжатие, а также трение/вязкость ).

Интуитивно мне кажется, что сжатие имеет гораздо больше смысла (но я могу ошибаться). Но в то же время мне не хватает реальных знаний физики, чтобы продемонстрировать это самому. Здесь, на SE Physics, есть несколько отличных ответов на похожие темы, но они не совсем отвечают на мои вопросы. Может быть, на мои вопросы не так легко ответить, что все равно было бы для меня ценным ответом!

Итак, мои вопросы:

Q1: Взяв в качестве примера идеальный объект (например, сферический, радиусом 1 м), который входит в атмосферу земли, можно ли приблизительно рассчитать общее количество тепла, выделяемого на заданной высоте, а затем количественно определить количество тепла, на сжатие или на трение? Скажем, 80 % сжатия и 20 % трения (или 99 % против 1 % или что-то подобное)? Примерной цифры было бы вполне достаточно!

Q2: Что касается предпоследнего примера/цитаты выше, есть ли технически разница, если метеороид или космический челнок входит в более толстые слои земной атмосферы (т.