如果在月球上爆炸一枚核彈,那麼被揚起來的灰塵大多數會落到地面上,還有一部分是否會落到月球表面,要取決於該灰塵有沒有達到一定的速度。
月球上的灰塵
在地球上,灰塵之所以能夠揚起來,首先要具備兩個條件:
具有顆粒感的微粒力的存在灰塵在月球上揚起來的條件也是一樣,首先咱們說月球上的灰塵是怎麼來的。
我們知道,地球上的灰塵是由於巖石風化,以及水流侵蝕之後,沉積下來的鬆散堆積物就形成了土壤,顆粒度足夠小的土壤,會形成灰塵。
月球上雖然沒有風、也沒有雨水的衝積,但在40多億年的紫外線以及宇宙射線下,月球表面也會形成鬆散堆積物,這些就是灰塵。
在地球上,灰塵之所以能揚起來,是因為風力作用,改變了灰塵的運動狀態,因此灰塵可以被揚在空中。而月球上幾乎沒有空氣,因此無法形成風,所以大多數時候月球上的灰塵都老老實實地待在月球表面。
而核彈爆炸的瞬間,會向外釋放出大量能量,這些能量會導致月球上的灰塵飛揚在空中。這一點,和阿姆斯特朗能夠從月球中返航一樣,利用的是登月艙向月球表面釋放的能量產生的推進力。
灰塵會落向月球表面嗎?
如果人類在月球上引爆核彈,核彈爆炸後會導致一批灰塵濺到空中去,那麼這批濺到空中的灰塵,是加速下落呢?還是漂浮在空中,亦或是逃離月球呢?
我們先看第一種情況,加速下落。
根據四同定律(也叫作伽德羅定律)我們知道:在相同溫度以及氣壓下,相同體積的氣體含有的分子數量相同。
地球上大氣成分主要是由氮氣和氧氣組成,這些物質的在元素周期表中排行較前,原子序數較小,因此物質也較輕,而組成灰塵的成分主要是由si,原子序數相較於氮和氧較大, 因此物質較重,所以漂浮在空氣中的灰塵,會慢慢下落。
在物理學中,有一個關於顆粒的下落速度,也叫作終端速度,終端速度會受到空氣中顆粒的幹擾,也就是說,大氣成分中的氫分子和氧分子會阻擾灰塵下落(具體很複雜,這裡就不細講了)。
但是在月球上,由於月球表面空氣非常稀薄,幾乎可以忽略不計,因此灰塵在下落的過程中受到的幹擾較小,所以灰塵不會漂浮在空中,而是會加速下落。
除此之外,還有一種情況,灰塵會逃離月球。
灰塵逃離月球
之所以會這樣,其實和第二宇宙速度有關。
根據牛頓萬有引力我們知道,物體之間的存在著萬有引力,但引力的大小和物體的質量,以及距離的平方有關。
物體的質量越大,引力越大,比如月球和地球相比,由於地球質量更大,因此地球的引力更大,月球才圍繞著地球轉動,而不是地球圍繞著月球轉動。
兩個物體之間的距離越近,引力也越大,比如:在地球上的蘋果會落到地球中,但在太空中的蘋果,可能會漂浮在空中。
根據這些,牛頓曾經做過一個思想實驗「牛頓大炮」,實驗內容是,假如高山上有一個理想的大炮和發射臺,那麼當炮彈具有一定速度時,該炮彈就永遠不會落到地面上。這是因為雖然炮彈會下落,但由於天體是近球體,炮彈每下落200米,地平面也會下落200米,所以永不會落到地面上。
這個速度,就是第一宇宙速度。
每個天體的第一宇宙速度不同,月球的第一宇宙速度是1.8km/s,那麼灰塵能達到這個速度嗎?
我查閱了一些原子的彈爆炸的數據,數據顯示,原子彈爆炸的時間只有百萬分之幾秒,爆炸的瞬間會將周圍空氣壓縮,形成強大的衝擊波,在爆炸中心位置,衝擊波帶動灰塵的速度將超過每秒1公裡,但是否能達到1.8km/s,暫時還沒找到證據。(如果原子彈爆炸使灰塵速度達到了1.8km/s,那麼這些灰塵將永遠不會掉下來。)
月球第一宇宙速度的應用
我們知道,核彈爆炸之後各種具有輻射物質會和空氣、塵埃粘結在一起,這將會導致這些空氣和塵埃也會帶有放射性,對人體有一定的危害。
也就是說,如果在月球上引爆一顆核彈,如果激起的灰塵達到了月球第二宇宙速度,那麼這些灰塵有可能會在地球引力的作用下,接近地球軌道,對人類產生威脅。
再者我們知道,核彈可以搭載發射器進行發射,如果在月球上發射一枚核彈,只要讓這枚核彈擺脫月球的引力,該炮彈就可以攻擊地球的某一個地方,而且依照目前的技術無法攔截。
正因為如此,所以現在的《太空法》不允許任何國家在月球上建立軍事基地,更不準在月球上部署與核武器有關的一切。