如果在海洋最深处引爆核弹,海面上会发生什么?
根据质能公式和重力加速度公式进行如下比较:
质能公式①:
e=mc?,
e是Joel j,m是kg,c?是30万公里吗?
重力加速度公式②
f=ma
f是单位N,M是kg,A是加速度m/(秒平方)。
J=W=f*s =msa=m米?/s?=1 kg * m?/(第二个方块)
在综合之后,给定等式2中的e=J:
公式(1)中的c?换算成公式②中的米?/秒?
在公式1中,数百克消耗的质量被转换成公式2。深海洋流中大吨位质量的压力变化和运动加速度,但流体运动变化比较复杂,爆炸过程的模型很难精确推导。
深海有巨大的水团,可以充分吸收核爆炸的能量。深海核爆炸后,流体压力的变化传到海平面后不会有太大影响,只是出现几个波浪涌动和一些水泡。如果是在晚上,你应该能看到水下核闪和核爆几秒钟的高温光谱辐射。核爆产生的带电离子粒子经不起几千米水层的屏蔽,你仍然可以坐在船上乘凉,也可以在冲浪板上冲浪。
太平洋下面的一股深海洋流也能包容上两次核爆的能量,太平洋的海平面也没什么特别的,但是深海核爆产生的水下次声波也会让很多深海物种灭绝,所以深海核爆并不是一个扔鞭炮的好玩行为。
朋友,在马里亚纳海沟(人类已知的地球上最深的点,海下11034米)的菲查兹海原引爆约5300万吨TNT当量的沙皇bomba(大伊凡,人类迄今为止试验过的最大当量核弹)符合你题目的要求吗?然而,结果可能会让你失望。海面上基本没有大的波动,人类的大玩具对于海洋来说太“幼稚”了。
沙皇炸弹沙皇炸弹(AN-60,253,000,000吨TNT当量,1961在新泻岛上空4200米处引爆)。
其实早就有人想到水下引爆核弹,也做过类似的试爆。可惜大部分都是100米内测试只有几万吨当量的核弹。将最强大的核武器“5300万吨当量沙皇炸弹”放在马里亚纳海沟最深处,约11 km深,并试图引发强大的海啸,这种“疯狂的想法”其实已经出现了几十年。事实证明,这种想法无异于“做梦”,其破坏效果远非海面引爆或低空引爆。
水下核爆过程及效果分析先不说如何成功将核弹部署到11 km深度的海底将其引爆,假设这种行为本身是可行的。核弹在海水中爆炸时,热辐射蒸发海水产生的水蒸气和冲击波会迅速形成“热蒸汽球腔”。此时,如果爆炸点靠近海面,空腔会向上膨胀,冲破海面,形成“中空水柱”,海面下的空腔会将海水中的杂质、沙石等吸入,通过中空的通道喷向天空。
随后,冲破海面的“热蒸汽球腔”(巨泡)继续在空中上升,因为其巨大的体积和所携带的海水(在重力和压力的作用下)会在内部形成断层而破裂,并落回海面形成巨浪。这个过程基本上阐述了一枚核弹在水下引爆所产生的波浪的过程,但需要离海面足够近。
如果想通过在深海引爆大型核弹在海面上有所作为,我们需要知道水下核爆后产生的“热蒸汽球腔”最终能否突破海面。根据“水下核爆炸各种理论模型的评价”,可以计算出沙皇炸弹在马里亚纳海沟底部爆炸后形成的“气泡”的膨胀半径:
注意,上式中:“半径”是半径;“5300万吨”是5300万吨;“马里亚纳海沟压力”是指马里亚纳海沟11000m左右深度的水压;“1 ATM”是1标准大气压;
根据上述评估结果,当沙皇炸弹在深度为11000m的马里亚纳海沟底部爆炸时,形成的“气泡”膨胀半径仅为580m。即使计算直径,整个“泡泡”的直径大约是1100m,上面大约有10。当核爆形成的“热蒸汽球腔”向上膨胀约580米时,气泡上方的海水会“膨胀”(但幅度很小),然后气泡上的高压海水会迅速迫使气泡收缩,核爆产生的能量会使气泡再次膨胀到极限,再次被海水压缩。经过三四次的膨胀收缩,核爆的能量就会耗尽,气泡就会破裂。然后气泡上方10000米高度的海水破碎,回流填满直径1000米的空腔,不会对海面产生一丝影响,更不会引发海啸。
水下核爆的实验,当然我们上面提到的只是理论上的,但根据美军“十字路口”水下核试验的结果,“气泡形成和崩溃”的过程基本符合上述理论模型,只是因为核爆离水面相当近,气泡空腔冲出海面。
美军“十字路口”水下核爆炸
1946年,在南太平洋马绍尔群岛比基尼环礁附近,美军进行了一次浅海核爆试验:将一枚2.3万吨当量的“贝克”核弹放入沉箱中,利用钢缆和LSM-60两栖登陆舰吊入水面下27米深处并引爆。引爆瞬间,海水立即被照亮,在海平面下形成一个高温汽化腔。随机的气泡冲破海面,使海水形成一个巨大的白色水帽。水帽在1秒内飙升至空中1.600米,水帽下有中空水柱(如上图)。爆炸后约10秒,白色水帽开始下落并逐渐坍塌,约200万吨海水撞击海面形成巨浪和水蒸气。从检测仪器拍摄的照片来看,第一波高达29米,前后大约有20个波峰以90公里/小时的速度向外延伸,但延伸到5公里左右时,海浪已经衰减到4.5米高,随后迅速恢复平静。
可以看到,十字路口水下核爆的当量虽然只有23000吨,但爆炸中心距离海面只有27米深,因此引起了比较大的波浪。而万米深处的海水压力对核爆的影响会呈几何级数增长,那里现有核武器的引爆对海面不会有太大影响(当然爆炸中心附近的高温和辐射对杀死生物还是很严重的,但也很难传导到海面)。
在地球的海洋中,最深的地方是马里亚纳海沟,深度约为11000米,大概形成于6000万年前。核弹是目前杀伤力最大的武器,那么如果我们把核弹放在马里亚纳海沟底部引爆,会不会在海面上掀起巨大的海啸?
核武器要理解这个问题,首先要从核武器说起。核弹的原理主要是核裂变(链式反应)和核聚变。说白了就是核层面的反应。要么一个较大的原子核分裂成几个较小的原子核,要么这些较小的原子核聚集成一个较大的原子核。
反应前后会发生质量损失,以能量的形式释放出来。我们可以用爱因斯坦质能方程E = MC 2来计算这部分释放的能量,其中E是能量,M是损失质量,C是光速(3 * 10 8m/s),也就是说释放的能量等于损失质量乘以9 * 10 16,这也解释了为什么核弹能释放这么多。
一般来说,核弹的试爆都是在无人区,比如戈壁滩。历史上没有直接在深海试爆核弹的案例。然而,有人曾试图在海面下几十米内引爆原子弹。这是美国的十字路口行动。那么到底是怎么回事呢?
十字路口行动第二次世界大战中,美国首先研制出原子弹。后来,他们继续研制原子弹。一旦涉及到发展原子弹,我们需要考虑在哪里试验原子弹。1946年,美国准备在太平洋马绍尔群岛的比基尼环礁进行原子弹试爆。这个实验叫做:十字路口行动。
在这次原子弹试验中,将试验两颗原子弹,一颗在空中,另一颗在水下。下面主要说一下水下爆炸试验的实验。这个实验的代号是烘焙。实验的目的是研究原子弹攻击水面舰队的能力。因此,研究人员安排了巡洋舰、军舰、潜艇和油驳船,它们排列在离临界点不同的距离。
研究人员将原子弹放置在水下27米处并引爆。原子弹引爆后,释放出巨大的能量,在海底炸出一个巨大的洞。与此同时,巨大的能量将海水雾化,200万吨海水和海沙被巨大的能量直接推向空中,形成了直径600米、高度1800米的巨大水墙。
随后,由于重力作用,这些海水和海沙又落回海面,形成了一个高达270米的巨大瀑布。下降的海水激起了巨浪。巨浪蔓延到300米外的位置后,甚至高达29米。当这些巨浪到达5600米外的海岸时,甚至有4.6米。
当时布置在引爆点附近的舰船全部被摧毁,尤其是引爆点正上方的登陆舰没有找到。研究人员认为,它是被原子弹爆炸瞬间释放的巨大能量气化的。其他船只几乎全部沉没,只有距离最远的一艘巡洋舰(距离临界点1600米)逃脱,但当研究人员打算将其拖到其他地方进行维修时,这艘巡洋舰也在运输过程中沉没。由此可见,原子弹的威力是相当可怕的。但是,我们需要知道的是,这个实验只是在海面下27米的地方做的。马里亚纳海沟的深度比这个27米高三个数量级。如果在马里亚纳海沟引爆核弹呢?
马里亚纳海沟引爆沙皇氢弹行动中在海底引爆的核弹当量为2100吨TNT,属于比较小当量的核弹。如果这种当量的原子弹仍然用于在马里亚纳海沟引爆,那么在海面上几乎看不到任何变化。由于马里亚纳海沟太深,不仅如此,马里亚纳海沟内的压力非常巨大,达到1100个地球大气压,会大大限制核弹爆炸的威力。
人类历史上威力最大的核弹是沙皇氢弹,当量为5000万吨TNT,是投在广岛的原子弹的3864倍。
看起来会引起巨大的海啸,其实不会,因为马里亚纳海沟太深,压力太大。沙皇氢弹爆炸后,会形成一个巨大的“气腔”,即气泡。如果在海面附近引爆,会导致类似十字路口的巨大水墙。但马里亚纳海沟爆炸后,气泡上升一定距离后会因为高压而逐渐消耗能量,最终在到达海面前消失。因此,不会激起巨大的海啸。