直徑大約十公里的隕石能滅絕人類么?


要看是系內小行星?系外隕石?
還要看材質,質量,入射角度。
比較常見是岩石基,鐵鎳基隕石,直徑十公里不得了了,如果還是系外的,擦到大氣層略過去基本就是生態浩劫。
真的撞到底層大氣甚至略過地平線,足夠讓你玩真人版fallout4了。
我為什麼說撞到底層大氣?系外隕石的相對速度已經不是幾百馬赫數來衡量的了,一旦進了2萬米以內,大氣密度跟石頭是沒啥區別的。
隕石接觸到地球大氣層,動能會化為激波,把大氣和自己表面燒成等離子體,然後如同如來神掌,拍向地表的一切。
最壞的情況是撞擊地表,這個體型的隕石,岩石基,鐵鎳基都是燒不完的,撞擊地表連撿垃圾的機會都沒有了,大家一起死翹翹。撞到深海大洋,海水沒被蒸發完,一波海嘯可能真的比珠穆朗瑪峰高,當然,更大的可能性是衝擊包絡就已經把大洋蒸發乾了。撞到大陸,這是地殼板塊等級的撞擊,會引起新一輪的地殼巨變,隕石的衝擊包絡會把一個幾十倍大的範圍內的一切一掃而空,這還只是來自地球大氣層的帶路黨,然後隕石核心會直接打穿地殼板塊,地震波會沿著整個地殼來回傳播好幾遍,建築什麼的抗不過第一輪就全掛了,然後火山噴發持續幾百個世紀。
總之真有這麼一天,文明肯定是保不住了,但真正可怕的地方在於,你如同野獸一般抗戰也沒意義,因為這不是種族level的末日,不是動物植物level的末日,而是蛋白質level的末日,地球生物圈全滅。
請想像一下把直徑10000m岩石球送出太陽系需要多少偏二甲肼,然後把這些想辦法一起引爆,嗯,就是這個效果。


1. 它的落地速度不會低於 11.2km/s 的, (我們可以利用時間反演證實, 決不會出現一個軌道, 讓它可以被"引力彈弓"效應減速到更低的速度比如說接近於1km/s .... 因為這個經過時間反演, 相當於地面上的子彈可能被引力攝動拖出地球軌道...... 即便是地-月拉格朗日點附近掉下個物體, 到地面的速度也不會比11.2km/s小多少.... ) 多半人類要掛..... 也許還可能有若干殘餘, 但現代文明下的人估計大幾率撐不到生態恢復......

2. [[炸碎它基本沒戲. 均勻密度的小行星, 引力結合能應該是 3GM^2/5R, 以 5t/m^3 計算, 這個結合能高達 5.48E16 [J], 對比一下一億噸當量的氫彈能量大約4.56E14 [J]..... 我們需要把將近100顆億噸級氫彈部署在小行星上.... 那就是千噸級的載荷.... 在現行技術框架內難度太高.....]]

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以上這段計算錯誤, 引用了錯誤的百度數據 "https://baike.baidu.com/item/TNT/673632?fr=aladdin", "TNT爆熱:4560J/Kg" , 實際上應該是 4.56 J/g, 或者 4560kJ/kg ..... 實際上, 我們往往用 4.2MJ/kg 來計算"TNT當量", 如此修正後, 一億噸當量的氫彈爆能大約 4.2E17 [J], 已經足以炸碎 10km 級別的小行星..... 甚至一顆兩千萬噸級就足夠了

事實上,如果目標是彗星,構成物是冰雪/甲烷..... 那麼,密度降低5倍左右,引力結合能降低25倍左右,那就更加靠譜..... 足以炸得它粉身碎骨.....

目前我們的核彈技術, 應該不足以達到高速直接命中後, 穿深 km 引爆的級別 (即使對手是彗星恐怕也夠嗆), 合理的方案應該是在小行星上軟著陸, 然後鑽一個5km 左右的深洞, 在洞內引爆核彈..... 也就是 "天地大衝撞" 的情節......一枚億噸級別氫彈估算10噸載荷, 加上軟著陸後的鑽探設備.... 能源(也許小型核反應堆?)..... 軟著陸設備..... 這些不算多, 其實, 高速飛向小行星後, 減速+反向加速的火箭燃料才是大問題..... 大致可以按一倍到兩倍攔截燃料來估算

3. 干預的方法, 個人認為應該用核彈炸開小行星地表, 將小行星推離黃道面..... 沿著垂直於黃道面的方向產生 deltaV 的話, 避免它擊中地球的可能性最高, 而且不需要精確計算..... 而且將來(繞太陽若干周期後)再次接近地球的可能性也變得很小.....

比如說, 產生 1m/s 的 deltaV, 偏離黃道面 10000km 需要大約115.7天, 不到四個月, 感覺上比較可行. 膽大一點完全可以把它放進洛希極限, 一次掠地終身保修直接粉碎...別進大氣層啊, 好吧洛希極限 1.26 R, 還有上千公里裕度可用

我們可以按照太陽引力來估算小行星/隕石的速度, 這裡 M 表示太陽質量, r 表示到太陽距離, D 表示地球軌道半徑,

mv^2/2 = GMm/r

將大橢圓軌道近似為直接落向太陽的直線

v = -dr/dt = sqrt(2GM/r), r^(3/2) = C - 3t/2 *sqrt(GM)/2; 我們設 t = 0 時 r = D

r = [D^(3/2) - 3t/2 sqrt(2GM)]^(2/3)

抵達地球軌道 10000000s 前也就是 t = -1E7 [s] 時,

r = D [ 1 + 10^7 * 3sqrt(2)/2 * sqrt(GM/D^3) ] ^(2/3)

= D [ 1 + 10^7/T * 3πsqrt(2) ] ^(2/3)

也就是大約3個天文單位外就可以.....

有空再估算 核彈爆炸 帶來的 deltaV

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事實上, 給一個小行星 M 提供 deltaV 的方法, 也就是把小行星的一部分 m, 以一定速度 v 拋離小行星。獲得指定 deltaV 的方式, 可以選擇不同大小的 m, 對應不同的 v, 克服引力結合能(也就是付出逃逸速度[對10km直徑5t/m^3 的小行星而言, 沒多少, 也就10m/s 的量級]之後, mv = M*deltaV .....

顯然,我們選定的 m 越小,需要克服的引力勢能就越小,但是,對設定的 deltaV 就需要提供更大的 v。當 m 足夠小的時候,v 就要很大,這時大部分動能分配給了 m, 它帶著 mv^/2 的動能跑了..... 動能就大.....

這個問題類似於火箭:v 越大,「比沖」越大.... 但是,得到 deltaV 的能量損耗越大.... 鑒於我們的能量(小行星問題中,也就是氫彈爆能)相對固定,我們悲哀地發現:其實最有效利用能量的方法,還是,把小行星炸成兩半......

如果我們的核彈足以做到這點,就不要考慮 deltaV 了,直接炸碎,大部分軌道將脫離命中地球的軌跡.... 精確炸成兩半效果最佳,垂直於黃道面爆破,兩半分別和黃道面呈正負交角, 但是,對於未知小行星,精確爆破的能力我們不一定具備..... 保險點還是用儘可能大的核彈,比如說一億噸,力爭炸碎些更保險.....

如果不能,那麼,我們可以計算出固定當量,比如說1億噸,炸飛多大的 m 以賦予小行星 M 最大的 deltaV, 然後計算安全距離...... 很不幸地,這個安全距離,太長了..... 即便獲得 1m/s 的deltaV, 我們都需要在 3 個天文單位外引爆核彈,那已經是火星軌道之外了..... 如果小得多的 deltaV, 我們就需要 30個以上的天文單位外攔截的話,恕我直言,這遠遠超出了我們採用化學火箭的工程極限..... 畢竟,我們的「新地平線」探測器,耗時幾十年,多次借用引力彈射,也只能飛掠冥王星,並不具備減速環繞它的能力...... 更不用說攔截類似彗星軌道的小行星了......

這種情況下,我強烈推薦空間電磁軌道炮..... 考慮在日-地拉格朗日點部署一系列衛星,持續不斷地反向加速一對100噸載荷..... 最終把100噸載荷加速到 0.02c,然後把其中一個直接射向威脅我們的小行星,依靠動能擊毀它......

或者,超級激光炮.... 或者,搞超高能加速器,製造/採集/約束反物質.....

雖然我也知道這些不大靠譜.....

至於 @林偉 的方案,我覺得,30%的能量利用率,是不是太太太..... 高了一點..... 我們的核電站也不一定就有這個發電效率..... 而如果靠拋出小部分質量,讓小行星獲得加速的情況下,系統地全部動能會在小行星 M 和拋出質量 m 之間分配,動能比是 m/M, 當 m/M 很小的時候,比如說,扔掉小行星1%的質量,只有 1% 的總能量會變成小行星的動能..... 在不計任何損耗的時候(拋出物質的引力勢能,機械損耗等),這個能量利用與已經只有千分之3不到了....

或者,我也不看好能提前幾十年攔截..... 哈雷彗星的軌道周期76年..... 比這個周期更長的天體並不算多..... 如果不是大橢圓軌道,它和地球碰撞的可能性就很小,而且,關鍵是,恐怕我們不能提供這麼長的預警周期吧.....

以下補充,面向「空氣阻力作用」,以及,對撞擊事件的威力進行評估,以示後果嚴重: 40萬顆一億噸核彈

=====

小行星落入地球,如果經大氣減速,減掉一定速度的話,那能量就會傳遞給大氣圈,對地球來說基本差不多,肉爛在鍋里,能量足夠大家還是要掛.....

況且,這麼大的行星,基本上沒什麼減速的可能。比如說,太空梭,做了人類精心設計的氣動減速,我們把它當作估算模型。太空梭經過大氣, 從 7500m/s 減速到 1000m/s 左右,太空梭長約56m,翼展24m,它的氣動截面我們可以估算成 600m^2, 再入質量我們按 70噸估算, 那麼動能減少/面積大約是:3222MJ/m^2

換成小行星,空氣阻力基本上是和面積成正比的,數量級的精度上是差不了多少的,它的有效截面大約 PI R^2 = 7.8E7 m^2, 動能減少 2.53E17 J。對應的,它的質量 4PI R^3/3 * rou, 按5t/m^3 估算,大約 2.6E15 kg, 這麼大的動能損耗,會把它從 7500m/s 降低到什麼速度呢?大約7499.987 m/s ....

好吧,它在減速方面幾乎無效。但是,如果真的達到太空梭再入大氣層的減速效率,那氣動加熱的能量高達 2.53E17 J, 已經是5-6千萬噸的核彈的規模了,加上進入洛希極限,基本上足以把小行星炸裂..... 但是恐怕沒什麼效果,如果碎片統統落入地球而不是去了別處,咱們還是承受不了的,這個能量太大了.....

反正全部小行星的引力勢能都會消耗在地球上,E = GMm/R, 其中 GM/R = gR

E = gRm = 10*6.4E6 * 2.6E15 = 1.66E23 [J]

相當於 40萬顆一億噸的核彈..... 其中它在空氣中減速的能量也就是1顆,哪怕早早碎掉(大氣上層很稀薄,太早碎掉不現實),也不過增加到2,10,100, 1000 到頭了,然而這並沒什麼卵用..... 地球大氣層+岩層同時爆炸幾十萬顆核彈的效果,不論地點,都是生物圈的生死存亡的問題..... 我認為分布夠廣的話,大型哺乳類全滅還是很靠譜的..... 撞擊集中於一點,相對還是有倖存一點點點可能的,但應該沒啥幾率以文明的姿態存在了.... 這個可以拿恐龍滅絕事件對比,畢竟,貌似當時的老鼠(比喻)可能是活下來了.....

當然,如果這行星幸運一點,是冰雪彗星,密度1,那麼,能量就降低到10萬顆核彈,還是要好很多.....

不過這裡我們可以看到,回答中有個「撞擊稠密大氣層,也會人類全掛」的估算,按這個模型,如果大部分小行星物質沒能減速撞入地球,而是掠過.... 那也就是1顆一億噸,或者幾顆,或者幾十顆..... 影響局限在半球的話,我估計人類文明應該有很大幾率逃過一劫..... 好吧,我沒說沿海發達城市不會變成地獄.... 剩下幾千幾百規模的部落,逐漸找迴文明,可能性還是有的.....


只要發現得足夠早,例如提前100年,應該就不至於滅絕人類。因為按照目前人類的技術水平,是可以做到的。

一般來說,炸掉是不靠譜的,因為爆炸形成的碎塊會到處亂飛,可能更危險。

如果不能炸掉,就只能把它推走了,此時核能方案比較靠譜:

在小行星上安裝一個大號核反應堆,把它上面的岩石挖下來、用機械裝置拋射出去(或者更高大上一點兒,加熱成等離子體噴射出去),按照牛頓第三定律將產生反作用力,可以使小行星在相反的方向上產生加速度,日積月累,就能使其遠離地球軌道。

下面做一些估算(忽略了很多因素,只為有個基本的數量概念)。

使其產生 1m/s 速度的能量需求:

這個小行星的體積 V = 3.14*5^3*4/3*10^9 = 523*10^9 m^3

如果其平均密度為5T/m^3(假設為鐵-岩石混合),則其質量 M = 5*523*10^9 = 2.6*10^12 T = 2.6*10^15 kg

使其速度矢量的橫向分量增加 1m/s 所需的能量:

E = 0.5*2.6*10^15 = 1.3*10^15 J = 3.6*10^5 兆瓦時

再算所需核燃料的質量:

由於1千克鈾-235全部核裂變將產生20,000兆瓦小時的能量,

考慮到鈾燃料的利用率,以及從裂變能轉換到推力的損失,如果能源綜合利用率為30%,則使此小行星產生1m/s 運動速度所需的鈾-235質量

m = 3.6*10^5/(20000)/0.3 = 60 kg

這是完全可以接受的。

最後算一下偏離效果:

如果人類發現這顆小行星時距離碰撞時間是100年,然後用30年時間完成這一任務、將小行星速度矢量橫向增加1m/s,則在剩下的70年里其軌道與地球的交匯點將偏離地球 70*365*24*3600 = 2207520km,約為地月距離的5.6倍

結論:用核能發動機將其推離地球軌道的方案,應該是比較靠譜的。

更多信息請參閱我在知乎寫的帖子:防止直徑10公里的小行星撞擊地球的方法及簡化計算

還有劉慈欣老師寫的科幻小說《流浪星球》,網上可以搜到。

以下為21:50的修改:

不好意思,雖然一開始聲明過 「忽略了很多因素,只為有個基本的數量概念」,但貌似忽略的因素比較多,對核燃料濃度的忽略也導致了很大的數據誤差 -- 感謝 @加布里埃爾之靴 童鞋。

建議知友們還是多參考他的回答。

以下為次日5:35修改:

劉慈欣老師寫的科幻小說篇名應為《流浪地球》,而非我昨天說的《流浪星球》,網上可以搜到。抱歉。

謝謝 @彭一特 朋友的提醒!


討論一下那個在小行星上安裝核反應堆變軌的方案。
現在假設一顆來自柯伊伯帶直徑約10km的小行星將於2117年正面撞擊地球,現在地球人都聯合了起來,共同面對末日危機。
目前這個方案存在如下幾個問題。
1,深空精確探測問題。
首先宇宙中的小行星基本不會是直徑10km的正球體,一般形狀都比較……寫意。而且小行星的材質也不是均勻的,所以很難確定它的質心位置。
同時為了推離計劃的有效實施,還必須對小行星的地質情況有全面的了解,至少要使發動機腳下的岩層能夠承受住發動機的推力。
而一般的遠距離探測是無法完成這個任務的,目前唯一可以勝任的方案是派遣海量的探測器。
如果為了儘可能節約資源地將發動機送上小行星,我們應該在撞擊前的最後一次近地點發射發動機。在這之前我們必須完成對小行星的探測工作,保守估計,最晚要在小行星最後一次到達近地點前最後一次越過土星軌道的時候完成探測(句子可能有點繞……)。
1997年發射的「卡西尼-惠更斯」號土星探測器的工程耗資30億美元。現在我們有了經驗,假設可以把成本壓縮到15億美元,然後再假設我們的工程師天賦異稟,只用10顆這樣的探測器就能幫小行星做一個全身檢查,那在計劃正式實施之前,150億美元已經花出去了。
2,發動機及其運載問題
首先要明確的是,目前我們並不具備等離子核動力發動機的製造技術。
而且,如果從現有的核電站所用的反應堆進行改裝,那也不能符合要求。
首先,根據
@林偉 童鞋的計算,讓小行星獲得1m/s的速度需要消耗60kg的鈾。但眾所周知,核反應堆中不能使用純度過高的鈾進行反應,目前一般使用3%~5%的燃料棒。所以實際上要讓小行星獲得1m/s的速度,大概要運輸1~2T的物質。
其次,目前使用的核反應堆需要動輒萬噸的冷卻劑,這在航天運輸上已經是不可能的了。
因此,計劃所需的發動機將是一種和人類目前所有的核設施都不同的一種全新的機器。
假設我們天賦異稟的工程師在世界毀滅的前提下加班加點終於趕出了一種燃料質量輕,冷卻劑可以就地取材的反應堆。假設這樣的反應堆和燃料共200噸吧。
假設小行星撞擊前的最後一次近地點大概距地球38萬千米(就是地月軌道的距離,這已經很給面子了)。目前人類最大的地月火箭土星5號的月球軌道載荷是45噸,也就是說,這個反應堆要分成5份發射出去。
查不到土星5號發射成本的數據,不過阿波羅計劃總共撥款492億美元,其中發射了9次土星5號火箭,猜測發射成本在10~20億美元左右。
而且小行星掠過近地點的時間極短,所以可能要事先將組件發射到軌道上然後再編隊飛向小行星,這樣成本又提升了。
綜上所述,發射一台發動機的航天運輸費用大概在50~100億美元。這還不算髮動機本身的費用。
3,變軌操作問題
在樓上的計算中,小行星被簡化成了一個質點筆直朝地球衝過來的模型。但實際上還要考慮更多的東西。
一是小行星會自轉。因此發動機的噴口也會旋轉。所以如果只有一台發動機,它只能在旋轉到某個特定的角度時才能噴那麼一小下。以此帶來一個問題,這樣的發動機需要即開即停,這個技術難題可能和可控核聚變是一個難度級別的。
二是小行星不是筆直朝地球衝過來的,而是以一個橢圓軌道繞太陽運行的。因此簡單的橫向平移並不能解決問題,而是一個複雜的變軌問題,這樣的變軌操作只用一台發動機是很難完成的。
綜上所述,要完成變軌,必須要建立一個發動機的陣列,分布在小行星的各個方向,就像流浪地球里的那樣。
但建立一個陣列又是很複雜的問題。
假設需要10台發動機,首先,要確保小行星上有十個適合安裝發動機的地形點;其次,如問題2中所述,一個發動機要拆分成5個飛行器,要組織一個50個飛行器的編隊在陌生的小行星上精確著陸,用難如登天形容再合適不過了。
而發射10個這樣的發動機耗資500~1000億美元。
到這裡為止,這個計劃光在航天領域的花費就大約有千億美元左右。
當然資金還不是最大的問題。完成這個計劃還需求很多我們現在沒有的新技術。而發動機本身的研製更是難上加難。
綜上所述,在當前時代用這種方法防禦這樣的小行星……幾乎不可能。

(其實不會畫分割線)
知乎首答!本人是航天專業隔壁的某個專業……班門弄斧2333333
有什麼問題歡迎評論區批評指正啊啊啊。
之前好像聽說可以發射一顆衛星利用它對小行星軌道造成攝動從而使它變軌……想算一算髮現水平不夠,有沒有大觸能講一講的咧
以上。
歡迎點贊~


一般這麼大的都是系外小行星了,速度在接近地球時可達到70000km/h。
平均密度取3t每立方,近似為球體,質量為1.5×10^15kg,可知動能為3.1×10^23J

滅絕恐龍的隕石也不過3.4×10^23J

更新:不過考慮到人類有多種方式如挖地洞來主動躲避,10km的隕石很難滅絕人類

隕石來襲,其體積越大,造成的損害也越大。1997 年,科羅拉多大學地質學家Brian Toon 和同事預測了不同大小隕石撞擊地球的後果。他們發現,直徑800米的隕石發生爆炸的威力約為1000 億噸TNT當量。這足以引發大範圍的爆炸以及地震破壞,不過相比於現代發生的許多自然災害這也沒有很出格,而一旦碰撞威力突破了1000 億噸TNT當量的門檻,你所面對的就將是人類歷史上前所未有的浩劫。直徑1.6 千米的隕石可能將給平流層帶入大量的塵埃,遮天蔽日,引發全球變冷。
對於一顆能完全毀滅人類的隕石,Toon 估計其直徑約在100 千米。他說:「它將把一切都化為灰燼。」

100km直徑的隕石,質量是10km級的1000倍

3.0 x 10^24 J: 威爾克斯隕石(南極威爾克斯地隕石坑500km)= 720 萬億噸= 6個希克蘇魯伯隕石
4.184 x 10^24 J: 1 千萬億噸TNT當量= 1000 萬億噸
5.5 x 10^24 J: 太陽每年提供給地球的能量= 1 千萬億噸每年
3.2 x 10^26 J: 轟掉地球大氣層= 77 千萬億噸
3.9 x 10^26 J: 太陽每秒散發的能量= 92 千萬億噸每秒
6.6 x 10^26 J: 加熱燒沸地球的海洋= 158 千萬億噸

祝人類好運,早日點出商用核聚變和無工質核聚變引擎


差不多吧,因為這種事情不能光看大小,事實上當年恐龍滅絕,也不是說直接砸到腦袋上了。
關鍵是小行星落下之後,會掀起彌天塵埃,量足夠大的話,會把太陽遮住。
所謂萬物生長靠太陽,一天、兩天可能還沒事兒,時間長了,地球會變成什麼樣,真是可想而知。想當年恐龍就是因為植物大量死亡,活活餓死的。
換言之,你可能不會凍死,餓也把你餓死了。


你終於也是發現了


掉到海里的話應該會引起巨大海嘯,但是未必會毀滅人類。


我鋼鐵俠上去推走!


先安撫人心


具體數據沒想過,大概比了下,我們那小鎮子大概長寬5到7km吧,那麼大的隕石,在中國地圖上大概一個芝麻粒吧,那對於地球呢, 一下子把整個生態系統給弄沒了。

可怕。


直徑十公里的隕石也就是跟6500萬年前滅絕恐龍的那顆相當(雖然恐龍滅絕的原因可能是複雜的,但這顆隕石肯定是起了重要作用)。科學家曾經模擬過小行星撞擊地球,結論是直徑十公里的隕石如果落在陸地上大約可以殺死一半的人類,但不會讓人類滅絕。另外,如果隕石自身的(體積已經確定了)密度很大,或者速度很快,動能很大,破壞力將會更大。但普通的隕石是沒有足夠大的能量來毀滅人類的。


看過《末日大衝撞》嗎?
雖然只是電影,但是裡面說直徑幾英里的彗星撞地球,植物會全部死光,幾個月內動物會全部死光


十公里大的冰隕石正常速度落到地球上估計是渣都見不到,
但是,如果是中子星的密度,或者是准光速直射地球的,那還是洗洗多睡會吧,太陽系怕不是都會成為歷史。。


理解成二向箔就行啦!

已經超出碳態生命的維度了!


經過大氣,如果到達地面還有10公里,兩個字:團滅。全球100%的生命被滅絕。


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