如果在月球上爆炸一枚核弹,那么被扬起来的灰尘大多数会落到地面上,还有一部分是否会落到月球表面,要取决于该灰尘有没有达到一定的速度。
月球上的灰尘
在地球上,灰尘之所以能够扬起来,首先要具备两个条件:
具有颗粒感的微粒力的存在灰尘在月球上扬起来的条件也是一样,首先咱们说月球上的灰尘是怎么来的。
我们知道,地球上的灰尘是由于岩石风化,以及水流侵蚀之后,沉积下来的松散堆积物就形成了土壤,颗粒度足够小的土壤,会形成灰尘。
月球上虽然没有风、也没有雨水的冲积,但在40多亿年的紫外线以及宇宙射线下,月球表面也会形成松散堆积物,这些就是灰尘。
在地球上,灰尘之所以能扬起来,是因为风力作用,改变了灰尘的运动状态,因此灰尘可以被扬在空中。而月球上几乎没有空气,因此无法形成风,所以大多数时候月球上的灰尘都老老实实地待在月球表面。
而核弹爆炸的瞬间,会向外释放出大量能量,这些能量会导致月球上的灰尘飞扬在空中。这一点,和阿姆斯特朗能够从月球中返航一样,利用的是登月舱向月球表面释放的能量产生的推进力。
灰尘会落向月球表面吗?
如果人类在月球上引爆核弹,核弹爆炸后会导致一批灰尘溅到空中去,那么这批溅到空中的灰尘,是加速下落呢?还是漂浮在空中,亦或是逃离月球呢?
我们先看第一种情况,加速下落。
根据四同定律(也叫作伽德罗定律)我们知道:在相同温度以及气压下,相同体积的气体含有的分子数量相同。
地球上大气成分主要是由氮气和氧气组成,这些物质的在元素周期表中排行较前,原子序数较小,因此物质也较轻,而组成灰尘的成分主要是由si,原子序数相较于氮和氧较大, 因此物质较重,所以漂浮在空气中的灰尘,会慢慢下落。
在物理学中,有一个关于颗粒的下落速度,也叫作终端速度,终端速度会受到空气中颗粒的干扰,也就是说,大气成分中的氢分子和氧分子会阻扰灰尘下落(具体很复杂,这里就不细讲了)。
但是在月球上,由于月球表面空气非常稀薄,几乎可以忽略不计,因此灰尘在下落的过程中受到的干扰较小,所以灰尘不会漂浮在空中,而是会加速下落。
除此之外,还有一种情况,灰尘会逃离月球。
灰尘逃离月球
之所以会这样,其实和第二宇宙速度有关。
根据牛顿万有引力我们知道,物体之间的存在着万有引力,但引力的大小和物体的质量,以及距离的平方有关。
物体的质量越大,引力越大,比如月球和地球相比,由于地球质量更大,因此地球的引力更大,月球才围绕着地球转动,而不是地球围绕着月球转动。
两个物体之间的距离越近,引力也越大,比如:在地球上的苹果会落到地球中,但在太空中的苹果,可能会漂浮在空中。
根据这些,牛顿曾经做过一个思想实验“牛顿大炮”,实验内容是,假如高山上有一个理想的大炮和发射台,那么当炮弹具有一定速度时,该炮弹就永远不会落到地面上。这是因为虽然炮弹会下落,但由于天体是近球体,炮弹每下落200米,地平面也会下落200米,所以永不会落到地面上。
这个速度,就是第一宇宙速度。
每个天体的第一宇宙速度不同,月球的第一宇宙速度是1.8km/s,那么灰尘能达到这个速度吗?
我查阅了一些原子的弹爆炸的数据,数据显示,原子弹爆炸的时间只有百万分之几秒,爆炸的瞬间会将周围空气压缩,形成强大的冲击波,在爆炸中心位置,冲击波带动灰尘的速度将超过每秒1公里,但是否能达到1.8km/s,暂时还没找到证据。(如果原子弹爆炸使灰尘速度达到了1.8km/s,那么这些灰尘将永远不会掉下来。)
月球第一宇宙速度的应用
我们知道,核弹爆炸之后各种具有辐射物质会和空气、尘埃粘结在一起,这将会导致这些空气和尘埃也会带有放射性,对人体有一定的危害。
也就是说,如果在月球上引爆一颗核弹,如果激起的灰尘达到了月球第二宇宙速度,那么这些灰尘有可能会在地球引力的作用下,接近地球轨道,对人类产生威胁。
再者我们知道,核弹可以搭载发射器进行发射,如果在月球上发射一枚核弹,只要让这枚核弹摆脱月球的引力,该炮弹就可以攻击地球的某一个地方,而且依照目前的技术无法拦截。
正因为如此,所以现在的《太空法》不允许任何国家在月球上建立军事基地,更不准在月球上部署与核武器有关的一切。