Провалиться сквозь землю: сколько времени это займет? Сколько нужно времени, чтобы достичь самой похожей на Землю планету? Тоннель сквозь Землю

Одна путешественница из Британии Рози Суэйл-Поуп смогла в одиночку совершить кругосветный марафон. 1789 дней потребовалось ей, чтобы обойти всю землю и 53 пары ботинок. О ней известно во многих точках нашей планеты.

У нее двое взрослых детей и воплотить свою идею о путешествии вокруг земли она решила из благотворительных побуждений. Ее цель - собрать средства для одного из детских домов в России и ракового Центра в Британии.

Ее переполняла невероятная радость, столько интересного она смогла узнать о людях, которых встречала, о животных и обо всем, что связано с природой.

Но самое важное - она много нового смогла открыть в себе самой.

Трудности, встречающиеся на пути, не могли заставить ее отступить и закончить свое путешествие.

Однажды, столкнувшись в Сибири с волчьей стаей, волки не растерзали ее, а в течение нескольких дней шли следом, не пытаясь напасть, словно провожая и наблюдая за ней.

Люди были не менее интересны, чем животные. Представь, что за тобой бежит человек с топором.

Как бы ты себя чувствовал? И что бы делал? За Рози бежал именно такой человек, но догнав, оказалось, что он вовсе не хотел напугать путешественницу. Просто он был дровосеком, а топор - его рабочий инструмент, а бежал он за Рози, чтобы передать ей краюху хлеба. Ведь наверняка она была голодна.

Необычным сюрпризом встретили Рози на Аляске. Дети сами сшили для нее флажок и назвали в честь нее звезду, которую всегда находят на звездном небе, вспоминая о Рози.

Когда она вернулась домой, то увековечила последний шаг, приведший ее домой. У входа лежит плита с отпечатками первого и последнего шага Рози. Около 32000 км разделяют эти стопы.

Рози считает, что самым ценным подарком в жизни является возможность заниматься тем, чем очень хочется. Поэтому всегда иди к своей мечте и тогда ты сможешь сказать в конце пути, что ты счастливый человек.

Давайте представим, что произошла глобальная катастрофа и мы вынуждены освободить землю. Сколько потребуется времени, чтобы добраться до самой похожей на землю планеты из всех, которые мы обнаружили на текущий момент?

Для начала, самой похожей на землю планетой из всех обнаруженных является Kepler 452b. Мы знаем об этой планете, благодаря космическому телескопу "Кеплеру", запущенному в марте 2009 года и который охотился на планеты последние 5 лет. Kepler 452 - звезда, похожая на солнце, которая мчится через космос в 1400 световых годах от земли. Стоит отметить, что эта звезда обладает такой же температурой поверхности, что и наше солнце, и почти таким же энергетическим выходом.

В общем и целом, как солнце, так и Kepler 452 - это желтые карлики G - типа. Это означает, что зона обитаемости Kepler 452 (область вокруг звезды, в которой может теоретически существовать жидкая вода) практически идентична солнечной. И что интересно, в этой зоне вокруг этой звезды вращается планета, путь которой практически идентичен земному, Kepler 452b. Эта планета занимает практически то же самое место, что и земля в солнечной системе.

Из этого следует, что длина года на этой планете почти идентична нашей, а количество энергии, которое получает планета поразительно похоже на то, что получает земля. Орбиту Kepler 452b завершает за 385 дней и получает всего на 10% больше энергии, чем земля.

Ученые не могут измерить массу Kepler 452b напрямую, но выводы, основанные на моделировании, указывают, что планета всего в пять раз массивнее земли (почти на 60% больше. Это убедительно свидетельствует о том, что этот твердотельный мир похож на наш, и это очень хорошо (у нас ведь пока нет технологий проживания на газовых гигантах. Кроме того, сила тяжести будет в два раза больше земной. Это может существенно усложнить жизнь на планете, но в целом не делает проживание невозможным (если только мы сможем туда попасть.

Немножко математики.

Для начала, определим, что такое световой год. Это расстояние, которое свет может пройти за один год (очевидно, не так ли. Свет порядка миллиарда километров в час проходит. Это означает, что в год свет проходит 9, 5 триллиона километров. 1400 световых лет - это примерно 13, 3 квадриллиона километров. Таким образом, если мы запустим к планете самый быстрый свой зонд, "Новые Горизонты", который в настоящее время движется со скоростью 50 000 км/ч, ему потребуется 26 миллионов лет, чтобы добраться до нового пункта назначения.

К этому моменту все живое на нашей планете, скорее всего, вымрет.

Для сравнения, современные люди эволюционировали примерно 200 000 лет назад. Из Африки мы ушли, самое раннее, 130 000 лет назад. Эти цифры и близко не сопоставимы с 26 миллионами лет, которые нам потребуются для достижения Kepler 452b.

Но что, если мы разработаем технологии получше? Сможем ли мы когда-нибудь лететь быстрее?

На самом деле, сильно лучше не станет. Даже если мы будем путешествовать со скоростью света (максимальной из возможных скоростей на данный момент), нам потребуется 1400 лет, чтобы достичь нужной планеты. В случае если бы наши предки ушли в этот мир, им пришлось бы выдвигаться в 615 году нашей эры, чтобы добраться туда к сегодняшнему дню.

Конечно, путешествие на такой скорости означает, что в игру вступит замедление времени. Таким образом, те, кто будет на корабле, почувствуют себя так, будто прошло только столетие. Но для вселенной (и всех остальных в ней) полет займет 1400 лет. В конце концов, когда наши переселенцы прибудут к месту назначения, если не вселенная, то солнечная система существенно изменится.

Разумеется, есть и другие планеты, к которым мы можем отправиться, некоторые из них расположены намного ближе. Alpha Centauri Bb, которая считается ближайшей к земле планетой за пределами нашей солнечной системы, например. Она должна вращаться вокруг Alpha Centauri B, хотя это пока не точно. И все же, если допустить ее наличие, она находится в 4, 37 световых годах от земли. Путешествуя на скорости света, мы бы добрались до нее всего за четыре с лишним года.

Правда, даже если она там есть, вряд ли мы захотим ее посещать, поскольку планета расположена очень близко к родительской звезде. Орбиту она завершает за 3 дня и 5 часов. Планета нестерпимо горячая и не способна поддерживать никакой вид жизни.

Так что давайте просто надеяться, что глобальной катастрофы, способной обречь нашу солнечную систему на гибель, просто не будет. Хотя бы по ней мы должны расселиться вовремя.

Если бы в Земле было сквозное отверстие, сколько бы времени занял прыжок, позволяющий оказаться с другой стороны планеты? Как показали последние исследования, гораздо меньше, чем подозревалось.

Гравитационный тоннель

На вступительных уроках физики студентам обычно предлагают теорию гравитационного тоннеля - трубы, которая проделана с одной стороны планеты, проходит через ее ядро и выходит с другой стороны. Почти полвека ответ на эту задачу был таким: примерно 42 минуты и 12 секунд. Решение этой задачи базируется на силе гравитационного притяжения Земли, которая в свою очередь базируется на массе. И когда человек падает через такой тоннель, масса снижается, тем самым сила тяжести сильно уменьшилась бы, когда человек долетел бы до центра Земли. Тем не менее, не учитывая сопротивления воздуха, импульс от падения вполне мог бы позволить человеку оказаться на другой стороне Земли, независимо от снижения гравитации. Однако тому, что выпал из отверстия с другой стороны планеты пришлось бы также убедиться, что он может выбраться, иначе он упадет обратно и будет двигаться таким образом бесконечно, как маятник.

Нереальность предположения

Можно предположить, что подобное падение - это как водная горка, в которой вы проведете около сорока минут, и падать вы при этом будете со скоростью, приближенной к 8 километрам в секунду. Ближе к центру Земли произойдет замедление, так как силы гравитации будут действовать значительно хуже, после этого произойдет переключение, и вы снова начнете набирать скорость, падая уже в другом направлении. Естественно, на выходе вам нужно позаботиться о том, чтобы зацепиться за край, чтобы не вернуться обратно. Если бы эта горка была сделана из стекла, то вы бы при этом падали через море лавы. Тем не менее, данный расчет с 1966 года преследовало одно крупное нереальное предположение. Даже если проигнорировать тот факт, что просверлить тоннель на более чем 12 тысяч километров через всю Землю просто невозможно, ошибочным также было предположение того, что вся планета на всем пути будет одинаковой по плотности. Теперь же, используя более реалистичную модель Земли, ученые обнаружили, что такое падение заняло бы 38 минут и 11 секунд, что на 4 минуты меньше, чем предполагалось.

Новые вычисления

Ученые основывали свои вычисления на внутренней структуре планеты, которая определяется сейсмическими данными. В то время как земная кора имеет плотность около 3 грамм на кубический сантиметр, центр Земли имеет плотность около 13 грамм на кубический сантиметр. Однако увеличение плотности не происходит постепенно - примерно на расстоянии трех тысяч километров от поверхности Земли плотность совершает резкий скачок где-то на пятьдесят процентов. Физики также предположили, что в данном тоннеле не будет сопротивляемости воздуха - если предполагать, что у человечества есть технологии, позволяющие вырыть такой тоннель, то можно предположить и то, что из него можно откачать воздух, чтобы ускорить падение. Удивительно также, что ученые рассчитали практически идентичный ответ, когда предположили, что силы гравитации на всей протяженности тоннеля будут одинаковыми. Дело в том, что на протяжении большого отрезка пути гравитация будет меняться очень слабо, постоянно то возрастая, то понижаясь, и к тому моменту, когда вы достигнете участка, где гравитация намного меньше, чем обычно, вы наберете уже такую скорость, что очень быстро преодолеете данный участок.

Тестирование

Однако не стоит ожидать, что эти расчеты будут проверены в реальных условиях. Советский Союз пытался пробурить землю настолько далеко, насколько это было возможно. С 1970 по 1989 год было пробурено только 12 километров, что составляет 0.1 процента всего пути.

В экологической науке существует концепция "экологической емкости региона". Согласно ей, число особей любого данного вида ограничено территорией, на которой этот вид проживает. К сожалению, мы, люди, давно уже не осознаем себя биологическим видом. Мы не склонны задумываться, хватит ли нам, попросту говоря, земли и воды, чтобы выжить. Правда, этот бездумный оптимизм изредка нарушается тревожными напоминаниями, например, о приближающейся нехватке пресной воды в том или ином регионе. Но мы тут же говорим себе, что наука и технология как-нибудь решат эту проблему, как они решали все предыдущие, и снова впадаем в утешительную спячку. Многие экономисты полагают, что глобализация с ее всемирным обменом, а также непрерывный рост продуктивности технологических процессов, основанный на новых достижениях науки и технологии, отменяют понятие экологической емкости применительно к человечеству. Но есть и другие ученые, которые утверждают, что дело обстоит совершенно иначе.

В недавней статье "Клочок земли", опубликованной в журнале "Nature", канадский эколог Уильям Рииз указывает, что сфера человеческой жизни во многом напоминает экосферу нашего существования, то есть окружающую нас экологическую среду. И та, и другая являются самоорганизующимися и "диссипативными" системами, далекими от термодинамического равновесия со своим окружением. Неравновесность в данном случае означает, что обе эти системы растут и сохраняют свой внутренний порядок благодаря "импорту" необходимой энергии извне, из своего окружения, и выбрасыванию (диссипации) отходов своей жизнедеятельности в это же окружение. Но в то время как экосфера черпает свою энергию из космоса (от Солнца), система, именуемая "человечеством", черпает свою энергию роста из экосферы и свои отходы выбрасывает в нее. В этом отношении человечество нисколько не отличается от всех прочих биологических видов и ничуть, вопреки всему своему самомнению, не преодолело зависимости от природы. Напротив, человечество является сегодня самым крупным "экопотребителем" из всех, существующих на Земле. Оно быстро осваивает все новые и новые земельные и водные ресурсы экосферы.

Понятно, что эти ресурсы небеспредельны. Теория "экологической емкости", развиваемая Уильямом Риизом, убедительно иллюстрирует это очевидное утверждение. Эта теория задается чисто "толстовским" вопросом: какое количество земли нужно одному человеку, чтобы обеспечить его жизненные потребности и впитать отходы его жизнедеятельности и при этом успевать самовосстанавливать свои ресурсы? Необходимо учесть также все факторы, которые позволят экосфере восстанавливать свои ресурсы, ведь в противном случае ее "емкость" будет непрерывно уменьшаться. Исходя из данных опубликованного в минувшем году Всемирным фондом природы "Отчета о живой планете", Рииз подсчитал эту площадь (он называет ее "экослед") для различных стран земного шара. Результаты оказались весьма любопытными. Оказывается, население развитых стран живет на такую широкую ногу, то есть потребляет и выбрасывает в окружающую среду такие количества, что здесь "экологическая емкость", необходимая одному человеку с учетом регенерации экосферы, составляет в пересчете на площадь от 5 до 10 гектаров в зависимости от конкретной страны. В то же время в неразвитых странах площадь "экоследа" куда скромнее - она составляет всего 0,5 гектара.

А сколько же всего "экологической емкости" имеет в своем распоряжении человечество в целом? Согласно расчетам Рииза, эта "емкость" такова, что сегодня на душу населения приходится 1,9 гектара. Если бы люди потребляли и загрязняли экосферу в таком объеме, который не превышал бы эту площадь, экосфера Земли успевала бы восстанавливать свои ресурсы и обеспечивать ими все нынешнее человечество. В действительности же, согласно тем же расчетам, потребление и загрязнение уже сегодня таковы, что для восстановления ресурсов нужно в среднем по 2,3 гектара на душу. Понятно, что виновниками такого положения являются жители развитых стран.

Но что же означает тот факт, что в целом человечество потребляет больше "экологической емкости", чем ее есть на самом деле? Ответ: экосфера как целое попросту не успевает восстанавливаться до прежнего уровня. И с каждым годом по мере роста потребления во всех странах и роста населения в целом доступная людям для безопасного использования экосфера сокращается. Мы "съедаем" то, что должны оставлять в экосфере для своих потомков. Так что сегодня нет нужды спрашивать вслед за классиком, сколько человеку земли нужно. Ответ известен: больше, чем позволяет ему природа. Иллюстрацией этого является хотя бы проблема пресной воды: за истекшие 20 лет ее запасы уменьшились в мире на треть и в следующие 20 лет должны уменьшиться еще на столько же. Люди научились опреснять соленую воду, но опять же за счет выброса отходов этого опреснения в экосферу.

Все это, заключает профессор Рииз, ставит перед наукой и технологией XXI века насущную проблему путей восстановления и увеличения жизненно необходимых ресурсов экосферы и притом более быстрыми темпами, чем растет человечество. История знает случаи, когда быстрый рост населения приводил к исчерпанию главных экоресурсов того или иного региона. Результатом всегда был кризис и обвал целых культур. Если же нечто такое произойдет сейчас, человечество окажется перед угрозой экологического кризиса небывалого, всепланетного масштаба. Он может начаться, например, с войн за воду или нефть, но чем он кончится, не может предсказать никто.

Ученые подсчитали, сколько именно потребуется времени, чтобы пролететь через воображаемый тоннель с одного конца Земли до другого.

Исследование показало, что теоретически человек смог бы пролететь сквозь Землю за 38 минут, а не 42 минуты, как считалось раннее.

Земля устроена таким образом, что гравитация слегка увеличивается по мере приближения к плотному ядру и ослабевает, когда вы проходите через ядро, достигая нулевого показателя в центре.

Тоннель сквозь Землю

Согласно исходному гипотетическому сценарию, если проделать отверстие с одной точки Земли к другой на противоположной стороне, вам потребуется 42 минуты 12 секунд, чтобы пройти сквозь Землю. Конечно, вам бы понадобился тоннель, который смог бы выдержать очень высокую температуру и давление внутри Земли, а тело должно быть способным перенести эти условия.

И это, учитывая скорость, которая составила бы 29 000 км в час.

Теоретически, когда человек падает сквозь Землю, гравитация постоянно меняется. Человек начал бы ускоряться, приближаясь к центру, и замедляться, продолжая путь к противоположной стороне Земли.

Однако канадский ученый Александр Клоц (Alexander Klotz) из Университета МакГилл заявил, что в изначальных расчетах не учитывалась плотность слоев Земли. Так плотность у поверхности составляет меньше 1000 кг на куб.метр, у ядра – 13 000 кг на куб.метр на глубине 6730 км. На расстоянии 3500 км от центра также наблюдается скачок в плотности.
Если брать во внимание различную плотность геологических слоев Земли, то человек достиг бы скорости до 8 км в секунду, что в 23 раза быстрее, чем скорость звука.

Таким образом, учитывая все данные, падение сквозь Землю заняло бы 38 минут 11 секунд.

Недавно ученые объявили о том, что обнаружили новый супервязкий пласт в земной мантии. Это открытие может объяснить, почему некоторые части тектонических плит иногда застревают и утолщаются на глубине 1500 км под землей.

Также это может объяснить, почему землетрясения возникают глубоко внутри Земли, что говорит о том, что там намного горячее, чем считали раннее.

Новый слой находится на глубине от 660 км до 1500 км. На такой глубине жидкости находятся под таким сильным давлением, что они становятся чрезвычайно плотными, обретая супервязкость.