炸掉一颗行星需要多少能量?
在《星球大战9:天行者崛起》中,第一秩序想要给银河系的各位好好上一课。所以,根据帕尔帕廷皇帝的命令,一艘"长矛级"歼星舰从太空发射出超强光束,炸毁了奇基米星。
我知道你在想什么:炸掉一颗行星需要多少能量?当然,这只是个学术问题。我肯定你不是图谋不轨的西斯皇帝,所以我会告诉你怎么算出结果。但即使这不是真实事件,计算一下也很有乐趣。
图片来源:pixabay
爆炸视频分析
首先,我们需要估算一下行星碎片被炸飞时的速度。我们可以用Tracker视频分析软件实现,思路就是挑出一些特定的碎片,然后绘制它们在视频每一帧中的位置。
位置以像素为测量单位,但是我们可以通过将其与场景中的物体按比例缩放,把像素转换为距离。接下来,我们从帧速中获得时间数据,在本视频中为每秒24帧。假设场景以常规速度拍摄(也就是说那不是慢镜头),那么一帧画面代表的时间就是1/24秒。借助位置与时间数据,我们就能计算出速度。
为了确定距离比例,我要用奇基米星的大小来作为参照。这颗行星有多大呢?这谁知道啊?那么我就假设它的半径为1K,其中K等于奇基米星的半径。是的,用我们测量的东西本身来定义单位,看着有点傻,但是科学里面我们一直都这么做(在人们知道地球到太阳的实际距离之前,人们假定它为一个"天文单位")。不用担心,这条路走得通。
另外还有一个问题。实际上,我们只能测量物体在垂直于摄像机方向上移动的速度,也就是在画面平面内。为什么?假设有一块碎片呈一定角度朝着摄像机飞过来。在每一帧画面中,它都会往边上移动一点点,并且尺寸变大一点点。但如果我仅绘制其像素位置,那么我就会低估它的行进距离,因此算出的速度也会偏低。
脑中有了思路之后,我选择了三块位于行星边缘的碎片(从摄像机的视角来看),它们往不同方向飞出去。随后,我用 Tracker 软件画出了飞行距离(即每个物体与行星中心的径向距离)随时间的变化。
图片来源:pixabay
可以看到,这些碎片几乎呈直线状飞行,而每条线的斜率(位置变化/时间变化)就是径向速度,用 K/s 来作单位。绿色与蓝色碎片的速度很相近,约为0.3K/s。而红色碎片的初始速度为0.24K/s,然后下降到约0.08K/s。这有可能是软件错误,同一幅画面里有一堆东西四处乱飞时,只跟踪其中的几个物体难度很大。
我还分析了后面场景中出现的几块碎片,发现速度大约在0.4K/s 左右。既然碎片的移动速度各有差异,我就决定将0.3K/s作为粗略的平均速度。
这速度算快吗?取决于K值。如果这颗行星和地球一般大小,那么K就是637万米。将这个转换为速度单位,我得到的碎片速度为每秒190万米。那可是超级快的。不过这仍然只有光速(3亿米/秒)的0.6%,这是件好事,因为如果物体接近光速飞行,就会发生奇怪的事情。当然,如果奇基米行星的半径要比地球大的话,速度就会更大。这有可能吗?好吧,在我们太阳系中,地球是最大的岩石行星,人们能够在其表面行走。像木星这样的行星确实要比地球大得多,但是它没有岩石表面,无法产生爆炸后岩石乱飞的场面。
在我们太阳系之外,大多数已知的系外行星都是类似于木星一样的气态巨行星,较低的密度表明它们不是岩石行星。不过,这其中也有一些陆地行星。其中最大的是开普勒-20b,其半径是地球的1.87倍。如果用那颗行星作为参照,那么视频中碎片的飞行速度将会是350万米/秒。还是比光速慢不少。
需要多少能量?
现在,我们就能回答大家的问题了。让我们从三个粗略的近似值开始。首先,我们假定奇基米星和地球一样大,半径为637万米。我们再使用地球的质量,5.972 10^24千克,并假设其密度均匀(尽管这不是真的)。
最后,让我们假定,爆炸后所有碎片喷出的平均速度为50万米/秒。这要比我测量出来的值低很多很多。为什么用更低的速度呢?因为我跟踪的可能是速度最快的碎片,它们位于爆炸的主要边缘地带。而且,我想要保守估算能量需求。
用这个估算的平均速度,我现在能够计算爆炸的总能量,即所有飞行碎片的总动能(K)。(抱歉,我好像用K这个符号代表了两个不同的事物。)这个动能可表示为行星总质量m与碎片飞行平均速度v的函数:
图片来源:pixabay
使用地球的质量,和碎片速度估计值的下限,即50万米每秒,可得出能量为7.465x10^35焦耳。为了情景化地解释这点,想象你从地上捡起一本物理学教科书放在桌子上,这个过程消耗的能量大约是10焦耳。就像这样,在后面再加上35个零。这可是一个很大的数字。
所以歼星舰的功率有多大?
功率定义为能量随时间变化的速率:
如果能量以焦耳为测量单位,时间用秒来表示,那么功率的单位就是瓦特。我们再回看一下视频,估算一下歼星舰将所有能量传输到行星所需的时间。我估计这段时间约为10秒。
顺便提一句,尽管星战百科全书网站Wookieepedia将它称为"超级激光炮",但那不是激光武器。如果它真的是激光,那么它应该是看不见的。在地球上你能看到激光束,那是因为里面的光从尘埃颗粒等物质上面反射出来。但是在太空里,没有什么能让激光束散射,因此光就不会抵达你的眼睛。你只能看到一颗行星突然就炸了。
不管怎样,如果时间为10秒,能量变化约为7x10^35焦耳,那么功率就是7x10^34瓦特。
为了进行比较,想象一下你可以使用来自太阳的所有辐射。这将会非常困难,因为辐射是往四面八方发散的。你必须用一个巨型球状太阳能板将太阳围住,就像戴森球那样。总之,假设你能做到,那么太阳的总输出功率是3.8x10^26瓦特。
好了,这就表明歼星舰比我们的太阳还要强上1亿倍之多。换个角度来看,最终秩序舰队中平均每艘星舰都拥有至少1亿颗太阳的功率。真是令人生畏的强敌。
但你知道,汉·索罗此时会说:"永远别跟我说几率。"
撰文:Rhett Allain
翻译:阿金
审校:戚译引
引进来源:Wired
本文来自:中国数字科技馆
喔!你让我肝肠寸断人体器官在语言中与情绪息息相关全世界很多语言都会用身体部位形容情绪和感受,尤其是我们的汉语,没心没肺面红耳赤肝肠寸断俯首帖耳打肿脸充胖子灰头土脸脸红筋涨脸青鼻肿脸无人色等等。西澳大学语言学家研究了67种澳大利亚
这是每一个长寿者的生活习惯!请您遵行亲爱的朋友们!关于长寿,从古到今都是人类一直孜孜不倦地讨论的话题和探索的方向。秦始皇寻找长生不老药通常,几乎每一个长寿者都有着相同的生活习惯。当然也有例外,具有这些习惯的人可能不会
美国不安!嫦娥五号为何让世界各国献殷勤?月球基地即将实现?2020年12月17日凌晨1时59分,我国嫦娥五号返回器携带月球土壤样品成功着陆,任务获得圆满成功。在这次嫦娥五号的取土之路,让全世界都开始聚焦中国。美国航天局NASA表态希望可以
王阳明告诫决定一个人内心强大的,不是金钱,也不是人脉在我们的日常生活中,也许我们应该明确一个客观事实,决定个人的强劲,并不是来源于钱财的是多少,只是来源于自性的重归。王阳明曾经说过,吾性自足,不假外求。如果个人想要继续强大,最基本的
7个高效的买菜习惯,吃饱了再去可以减少冲动购物为了给家人们提供健康有益的食物,我们需要做好准备工作。从计划每周的菜单,到准备好所有的食材,这需要很多的工作。其中一项最重要,要去农贸市场或超市购买新鲜的农产品和干食材,这样才能做
野心!老大当习惯了吗?美军要在太空立规矩太空行动美国说了算太空霸权!美军要在太空立规矩限制中国太空发展,根本不可能在美国有一部喜剧太空部队,内容大概描述了美国在太空领域的发展未来将会落后于中国,未来的中国拥有更先进的太空空间站,月球基地等
老实人为什么总是会在交际中吃亏?在现实生活中老实人总是会在社会活动过程中,特别在人与人交际中常常处于被动。老实人往往有以下几点特征1总是站在别人的角度去和别人沟通与交流。2总是拿自己的道德准则去衡量别人的行为准则
生活小妙招怎样选购健康好油?认准油瓶上的三处标签保准不吃亏食用油是我们生活中必不可少的生活用品,用得最多的还是植物油,也叫色拉油。市场上的食用油可谓是花样百出,五花八门,价格也是369等。很多朋友购买食用油的时候怎是挑选较贵的,认为贵点的
农发行富裕县支行三字诀,学党史办实事党史学习教育开展以来,农发行富裕县支行坚持用好三字诀,将学党史办实事落到实处,扎实开展我为群众办实事实践活动。从党的光辉历史中汲取智慧和力量,不断把党史学习的丰硕成果转化为干事创业
学党史,悟思想,办实事,开新局春风送暖,万象更新,恰逢世界第131个国际劳动节来临之际,黑龙江安心保险代理有限公司组织了庆祝建党百年致敬国家功臣公益活动。首先,哈尔滨市部分老兵及黑龙江安心保险代理有限公司志愿者
论语指导今生里仁篇15子曰参乎!吾道一以贯之。曾子曰唯。子出,门人问曰何谓也?曾子曰夫子之道,忠恕而已矣。孔子说曾参呀!我的学说可以用一道子融会贯通贯。曾参道是的。孔子走后,同学问老实意思?曾