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空少问答
小课堂
第133期
11
月
25
日
周
一
答：一般说的小行星撞击地球能量都是咋估计的？
上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！
想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《》~下面就让我们来看看空少的解答吧！
空少正解
上期我们讲到，近期又——不，是叒——有关于威胁地球安全的小行星的报道。根据美国国家航空航天局（NASA）发布的信息，这颗编号为JF1的小行星的直径约为420英尺（约合128米），体型接近埃及的吉萨大金字塔，如果这颗小行星继续沿着目前的轨道运行，在2022年5月6日其靠近地球的时候有约3800分之一的可能与地球相撞，根据估算它撞击撞击地球的威力将相当于23万吨TNT炸药，或相当于广岛原子弹威力的15倍。
《英国每日快报》对JF1小行星的报道
（来源：https://www.express.co.uk/news/science/1205311/NASA-asteroid-alert-date-asteroid-JF1-could-hit-earth-asteroid-news）
可以说，由于这类新闻出现的频率太高，大家已经司空见惯，特别是威力相当于多少多少这种说法，更是耳熟而详。当然这个数字都是估算出来的。那么这期我们就来聊一个很简单的问题，一般说的小行星撞击地球能量都是咋估计的？
其实，这个能量最重要的就是大家都熟悉的动能，也就是
E=(1/2)*mv2
其中m是它的质量而v是它的速度。参量估计的方法有很多，我们也经常使用种方法互相印证来增加准确性。
例如，判断体积（直径）和速度都可以利用它相距我们的距离进行几何计算。有些我们可以用激光雷达测距，有些我们可以利用地球公转一段距离后天体在天空背景上的移动来计算。经过一些几何关系的计算，我们可以得到天体的直径l和速度v。
而如果想从体积推算天体的质量m，我们还需要知道它的密度。对于近地小行星，通常的做法是通过其反照率推测组成成分，然后估计密度。一些常用的密度如下表。我们常用体积（直径）来说明一颗小行星威力大不大，主要是因为我们通常判断小行星是岩石构成，密度约在3000千克/立方米附近。
冰
1000千克/立方米
多孔岩石
1500千克/立方米
致密岩石
3000千克/立方米
铁
8000千克/立方米
上边的方法中，判断小行星的体积（直径）还可以利用其反射太阳光的绝对亮度。从我们已经掌握的数据可以计算一个小行星绝对亮度与直径的关系，当然这也同样与它到地球的距离有关。
而另一种常用的计算天体质量m的方法是利用与它相接近的其他天体的轨道摄动，例如与目标小行星相接近的另一颗小行星。这种计算方法复杂但是更准确。
总之我们通过估计各种参量也计算了小行星的动能。小行星带着这样的能量到达地球附近，其能量也包含了地球引力的引力势能与动能的转化。但是，小行星撞击地球的能量却还必须考虑地球大气对它的阻碍和消耗。空少试着用软件计算了一颗直径500米、速度11千米/秒的小行星，当它穿过大气撞击地面时，速度应该变为10.8千米/秒，也就是说速度不仅没有在引力作用下变大，还比初始速度小了。除此之外，还有其他一些条件和过程影响小行星撞击时的能量。根据上文的计算，这样一颗小行星撞击地球的能量约为1.15*1019J。
一些可能对地球造成威胁的近地小行星
（来源：https://cdn.images.express.co.uk/img/dynamic/151/590x/secondary/Asteroid-Apophis-news-NASA-tracker-dates-God-of-Chaos-astroid-hit-Earth-date-NASA-warning-2172236.jpg?r=1574237491929）
算完了能量，1吨TNT的当量是4.184*109J，广岛原子弹的当量是6.3*1013J（也就是约1.5万吨TNT），那么我们就可以估算说一颗小行星撞击地球的能量相当于多少TNT、多少原子弹了。
留言区·精选
@许同学
1/2mv^2
@木易三羊
1/2 mv2 最简单的估算，天体够小的话。
@玫瑰公子
E=1/2*mv*v
@原子
(1/2)mv^2
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