‹ Назад

Що станеться, якщо Земля зупиниться на своїй орбіті?

 

https://phet.colorado.edu/sims/html/gravity-and-orbits/latest/gravity-and-orbits_all.html

 

Оскільки ми святкуємо (ну, принаймні, намагаємося) завершення Землею ще одного кола навколо Сонця, давайте на хвилинку уявимо, яким було б життя у світі без цих років – у світі, який якимось чином перестав обертатися навколо своєї зорі. Направду, це дивне запитання, але останнім часом я нав’язливо замислювався над ним. Не тому, що це має якесь особливе значення, а просто тому, що це досить весело (принаймні для мене) і цікаво думати про це.

Отже, що сталося б з нами, якби гігантський космічний палець обережно зупинив Землю на її орбіті? Якщо коротко, то нічого доброго.

Отже, щоб зрозуміти чому Земля в моєму прикладі падає на Сонце, давайте спочатку пригадаємо, чому речі залишаються на орбіті. Багато хто, дивлячись на небо, колись задавався питанням: «Чому місяць не падає?» Відповідь надзвичайно проста, але щоб її знайти, знадобився такий блискучий розум, як Ісаак Ньютон. Колись хтось сказав, що ознакою геніальності є придумування простих відповідей на запитання дітей. Хоча твердження і суперечливе, але має право на життя.

Отже, відповідь Ньютона на запитання дитини була б такою: Місяць насправді падає. Він постійно падає. Бути на орбіті — це означає бути у стані постійного падіння і постійного уникнення того, до чого ви падаєте. У «Путівнику по галактиці для космотуристів» Дуглас Адамс описує секрет польоту. «Уміння полягає в тому, щоб навчитися кидатися на землю й промахуватися». Як виявилося, це також чудовий опис того, що означає обертатися навколо чогось.

Ось як це пояснив Ньютон. Уявіть, що з висоти випущено гарматне ядро. Якщо ви стріляєте гарматним ядром з більшою швидкістю, воно пройде далі, перш ніж вдариться об землю. Чим швидше гарматне ядро, тим далі воно летить.

Але зачекайте - Земля ж кругла (передайте привіт знайомим плоскоземельникам). А це означає, що якщо ви вистрілите гарматним ядром з достатньою швидкістю, то воно може пролетіти достатньо далеко і уникнути того моменту, коли треба буде вдаритися в землю, за рахунок того, що земля під ним достатньо викривилася. Отже, гарматне ядро продовжує падати на землю, а земля продовжує вигинатися під ним. Тобто саме в цей момент ядро знаходиться у стані постійного вільного падіння… А якщо спростити, то гарматне ядро знаходиться на орбіті!

Отже, єдина річ, яка відрізняє орбіту від звичайного падіння, це наявність достатньої швидкості, щоб уникнути того, на що ви падаєте. А тепер подумайте про те, що станеться, якщо скинути гарматне ядро з нульовою швидкістю, а не вистрілити ним? Відповідь очевидна, чи не так? І з тієї ж самої причини, якби Землю позбавили всієї її орбітальної швидкості, вона впала б просто на Сонце. Вона більше не мала достатньої швидкості, щоб уникнути Сонця. Ну це ми трошки витратили часу на речі, які для більшості з вас є досить очевидними. Але не поспішайте вимикати, адже ми тільки но підійшли до найцікавішого питання. Скільки часу займе цей «Землепад»? Якщо ви пам’ятаєте трохи шкільної фізики та можете самостійно знайти відповідь, тому я просто повідомлю вам, що у нас було б 64 з половиною дні, перш ніж ми зануримося у вогняні глибини і будемо рухатися у напрямку центру Сонця. Але не хвилюйтеся, на той час ми були б вже зовсім мертві.

Коли Земля падає до Сонця, вона набирає швидкість. Чим далі вона падає, тим інтенсивнішим стає сонячне світло, і тому Земля починає нагріватися.

Ось графік середньої температури Землі за ці 64 з половиною дні.

 

 

Якщо ми зменшимо масштаб, то побачимо, що більшість цікавих подій відбувається в останній день Землі.

 

 

 

 

Ви вже здогадалися до чого я веду? Так, саме зараз давайте зробимо крок вперед у цьому польоті фантазії та уявимо, що відбувалося б на Землі, коли вона падала б до Сонця. Отже, далі на вас чекає моя скромна спроба науково обґрунтованого відтворення останніх 64 з половиною днів Землі.

Але перед початком подорожі одразу повідомлю одну важливу річ. Щоб обчислити температуру планети, я використав емпіричне правило для Сонця, згідно з яким рівноважна температура планети дорівнює 250 ділене на квадрат d, де d — відстань до Сонця в астрономічних одиницях. Крім того, я використав спрощену модель атмосфери як одного шару, щоб легше враховувати парниковий ефект. Далі елементарна математика та фізика допомогли в чисельному розв’язанні співвідношення між часом падіння Землі та відстанню, що подолала Земля. Поєднавши ці дані із наведеним трошки раніше співвідношенням температури та відстані, я дійшов до графіка залежності температури від часу. Ну і (тільки нікому не кажіть) я ніби повністю забув про силу, яка виникне в момент неочікуваного різкого уповільнення Землі гігантським пальцем.

 

А ось тепер саме час пристебнути ремені і полетіти!

День 0. Точка Ч. День старту, день початку кінця… А простіше, ми починаємо наше занурення до Сонця.

Після 6 днів падіння до Сонця температура Землі піднялася б приблизно на 0,8 градусів за Цельсієм . Це та сама кількість градусів, на яку ми підвищили температуру нашої планети починаючи з 1880 року. Можливо. Ви ще не будете відчувати особливої спеки, але повірте це зовсім ненадовго і незабаром ви відчуєте не найприємніші моменти.

На 21-й день середня глобальна температура підніметься приблизно на 10 градусів за Цельсієм, до 35 C. Ви звичайно можете сказати. Ну й що? В Україні щоліта такі температури. Так, ви маєте рацію, але нагадаю вам, що мова йде про середню глобальну температуру. А це означає, що наша планета переживає надзвичайно інтенсивну глобальну хвилю спеки, підвищення температури якої конкурує з рекордною хвилею спеки в Європі 2003 року. Врожайність починає падати скаженими темпами. Хоча який це має сенс для нашої ситуації? Ми фактично не зможемо це зрозуміти, хіба що наша планета знову почне свій рух орбітою. Тоді дійсно, ми втратимо врожай, але не тільки в Європі, а в усьому світі. Ну і танення, танення, танення… Льодовиків, полярних шапок і всього, що замерзло.

Прийшов день 35-й, минуло вже більше місяця, як Земля вирішила відпочити та зупинилася. Ми вже подолали 20% загального шляху до Сонця. Наша рідна зоря вже нестерпно яскрава та інтенсивна, а на небі виглядає помітно більшою. Тепер на Землі 58 C. Середня глобальна температура зараз перевищує історичну найгарячішу температуру, зафіксовану на Землі, яка становила 56,7 C, виміряну в Долині Смерті, Каліфорнія. До речі, я прекрасно знаю, що є декілька різних версій найвищої температури, але зараз не про це. Але якщо ви бажаєте висловити свою думку, ласкаво прошу в коментарі.

Для більшості людей на планеті настали дуже спекотні дні. Зараз просто неможливо вижити без кондиціонера, а інфраструктура електроенергії або відключена, або вийшла з ладу. Лісові пожежі спустошують Землю та перетворюють її на пустелю. Наземні тварини, які не можуть заритися в ґрунт, щоб перепочити від спеки, просто вимирають. І дуже швидко. Комахи теж страждають від спеки і вимирають. Очевидно, що температура атосфери безпосередньо впливатиме на підвищення температури води. А це призведе до того, що риба почне вимирати, тому що тепліша вода містить менше кисню та більше аміаку (який є токсичним для риб), а також через те, що весь морський харчовий ланцюг буде порушено та зруйновано.

На Землі буде настільки спекотно, що навіть сахарська срібляста мураха , одна з найбільш жаростійких наземних тварин на Землі, більше не може витримати спеку (вона може залишатися живою до 53,6 C). Проте червоний фаетончик (також мураха, також з Сахари, але, як ви вже зрозуміли, червона) процвітає – вона може витримувати температуру на поверхні до 70 C. Як падальщики, ці мурахи харчуються трупами інших істот, які загинули від спеки, і тепер у них є багато їжі.

На 41 день ми перетнули орбіту Венери, однієї з найгарячіших планет Сонячної системи. Середня температура на Землі вже перевищує 76 C, і, очевидно, що ця температура занадто висока навіть для червоного фаетончика, однієї з найвитриваліших наземних істот пустелі Сахара..

Однак помпейський черв’к все ще тримається. Ці дивовижні істоти виростають до 13 сантиметрів у довжину та, як відомо, витримують температури до 80 C. Вважається, що вони завдячують цією жаростійкою суперсилою захисному «шерстному» шару бактерій на їхніх спинах, що ізолює їх від тепла. Ці хробаки є « найбільш стійкими до тепла складними тваринами, відомими науці», за винятком тихоходок (про яких ми зовсім незабаром поговоримо).

Настав день 47. Це не просто день, це дуже важливий день. Ми щойно залишили придатну для життя зону, область Золотовласки сонячної системи (не надто гарячу, не надто холодну), здатну підтримувати життя, яке ми знаємо.

Навколо нас вже 103 C. Вдумайтесь температура навколишнього середовища тепер перевищує температуру кипіння води. Тобто вода на Землі кипить. Океани киплять! Рідка вода більше не може існувати на більшій частині поверхні Землі, і пара огортає всю нашу планету. Більшість живих організмів на Землі вже вимерла, особливо складні форми життя, навіть надзвичайно жаростійкий помпейський черв’як. Гіпертермофіли (такі як термостійкі бактерії) виживають (можливо, навіть процвітають) глибше в океані, де тиск води перешкоджає кипінню. Вогнестійкі рослини, такі як сосна скручена та гігантська секвойя ще тримаються.

Тихоходки (або водяні ведмеді) отримують головний приз як найвитриваліші живі істоти. Ці істоти навіть вижили у вакуумі, надзвичайно холодному та високому радіаційному випромінюванні космічного простору цілих 10 днів.

Тільки в цей момент тихоходки, можливо, починають помічати, що щось навколо відбувається не так. Трохи в бік підпікає. Ймовірно, вони мобілізують свої сили, призупиняючи свій метаболізм, згортаючись і зневоднюючи себе до висушеного стану. Під час такого стану їхнє тіло містить лише 1% від початкової кількості води. У такому зневодненому стані, який називається ангідробіоз , вони можуть залишатися живими та спати протягом майже десяти років . Але не в нашому разі. Пройшов тиждень.

Настав 54 день. Прощавайте, дорогі тихохідки. Ви пережили нас усіх. Хоча ви й можете витримати неймовірно вражаючий діапазон температур, від майже абсолютного нуля до 151 C, але саме зараз температура Землі перевищує 160 C, й це занадто спекотно навіть для вас. Фактично - це кінець життя на Землі. Тепер офіційно. Це дуже неприємно, тому давайте одразу будемо рухатися далі.

На 57 день ми перетнули орбіту Меркурія і тепер Земля є найближчою до Сонця планетою, і ми будемо триматися за цю відзнаку ще тиждень. Так, до речі температура навколишнього середовища перевищує 200 С.

І ось настає День номер 64. Запам’ятайте цю цифру. Саме зараз Земля живе свій останній день. Через величезну накопичену швидкість Землі та інтенсивну гравітаційну силу сусіднього Сонця ми подолаємо передостанні 7 відсотків загального шляху нашої подорожі вже до 13:00 сьогодні (як раз до обіду). Гравітація Сонця зараз настільки екстремальна, що воно тягне передню частину Землі із значно більшою силою, ніж умовно задню частину Землі. Ця диференціальна сила тяжіння, або припливна сила , розтягує Землю в овальну форму. Магма вивергається через тріщини в корі планети.

День починається при приємній літній температурі у 800 C. Сонце на нашому небі в чотирнадцять разів перевищує звичайний розмір. Опівдні температура сягає 2000 C, що є більш ніж достатньою температурою, щоб розплавити деяке каміння. Саме тому земна поверхня плавиться в магму.

О пів на другу ми вже на фінішній прямій. Ми майже приїхали. Сонце настільки близько, що заповнює більшу частину денного неба. Земля перетинає уявну лінію неповернення, яка називається межею Роша. Нагадаю, що це точка, де припливні сили, що розтягують Землю, перевищують здатність Землі утримувати себе разом. Коли наша планета перетинає цей критичний радіус, приливний ефект гравітації розриває Землю на менші кулі магми та танучої породи.

І ось наша планета, що розпадається, нарешті зустрічає кінець свого шляху до Сонця. Розкажіть в коментарях, як вам така подорож з вітерцем?

Але, перш ніж почати хвилюватися про падіння Землі на Сонце, на хвильку задумайтесь. Швидкість Землі на нашій орбіті становить близько 30 кілометрів за секунду. Це величезна швидкість, яку нам доведеться втратити повністю для того, щоб це сценарій реалізувався. Насправді гігантському космічному пальцю було б легше штовхнути нас і збільшити нашу швидкість до 42,1 кілометрів на секунду. Це швидкість за якої Земля звільниться від гравітації Сонця і стане планетою-шахраєм (або планетою-втікачем, можна називати і так, і так). І тут ще питання, що гірше. Але це вже зовсім інша історія.