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解谜“通古斯大爆炸” Solving the Mystery of the Tunguska Explosion

已有 2065 次阅读 2020-3-3 02:22 |系统分类:论文交流| 通古斯大爆炸, 岩爆, 陨石爆炸, 热核反应, 核爆炸

摘要:本文首次提出了通古斯大爆炸的“岩爆”模型和“岩爆”+“核爆”模型,并用这二个模型分别解释了通古斯大爆炸产生的所有异常现象,为通古斯大爆炸之谜的破解向前迈进了一大步。

 

Abstract: in this paper, the “rock burst” model and the “rock burst” + “nuclear explosion” model of the Tunguska explosion are proposed for the first time, and all the abnormal phenomena generated by the Tunguska explosion are explained by these two models separately, which is a great step forward for solving the mystery of the Tunguska explosion.

 

关键词:通古斯大爆炸、岩爆、陨石爆炸、热核反应、核爆炸

Keywords: Tungus explosion, Rockburst, meteorite explosion, thermonuclear reaction, nuclear explosion

 

引言:通古斯大爆炸【1】,【2】是1908年6月30日上午7时17分(UTC零时17分)发生在现今俄罗斯西伯利亚埃文基自治区上空的爆炸事件。爆炸发生于通古斯河附近、贝加尔湖西北方800公里处。通古斯大爆炸所产生的异常现象归纳如下:

1.   释放的能量巨大:估计爆炸威力相当于2千万吨TNT炸药,或相当于1000颗广岛原子弹!超过2,150平方公里内的8千万棵树焚毁倒下。据报道,当天早上在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空,其亮度和太阳相当,几分钟后,一道强光照亮了整个天空,稍后爆炸产生的冲击波将附近650公里内的窗户玻璃震碎,并且观察到了蘑菇云的现象。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震监测点所记录,其所造成的气压不稳定甚至由在当时英国刚被著名科学家发明的气压自动记录仪所侦测;

2.   天空出现异常:爆炸后的几天里,通古斯地区方圆9000英里的天空,被一种阴森的橘黄色笼罩,大片地区连续出现了白夜现象,亚洲与欧洲的夜空呈现出暗红色。在美国的史密松天体物理台威尔逊山天文台也观察到大气的透明度至少数个月有降低;

3.   爆炸时英国伦敦的许多电灯骤然熄灭,一片黑暗;

4.   爆炸地区土壤被磁化

5.   爆炸地区的树木生长速度加快;年轮宽度由0.4—2毫米增加到5毫米以上;某些动物出现遗传变异,驯鹿都得了一种奇怪的皮肤病枣癞皮病等等;

6.   没有发现任何陨石坑;但意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉,微量元素的含量比其它年份的含量高,而这些微量元素不可能来自地球。50和60年代的调查队在这个地区发现了极小的玻璃球洒在土地上。化学分析显示球内含有大量的镍和铱—在陨石中常见的金属,而且也确定它们是来自地球以外的。

7.   没有辐射异常的迹象,这表示不是自然的核自爆现象。

一系列的未知与疑惑,使得通古斯大爆炸100多年来,诞生了各种说法,总体说来,可以归纳为“陨石撞击说”、“核爆炸说”、“外星飞船爆炸说”, “反物质说”和“彗星撞击说”5类。每个说法有一定的道理,而每个说法又经不起推敲。所以,至今也没找到一个十分合理的解释。

本研究的目的是破解通古斯大爆炸之谜,对通古斯大爆炸所产生的各种异常现象给出合理的解释。本研究是在“狭义相对论的修正”【3】、“基于宇宙膨胀的地球动力学”【4】以及“宇宙膨胀-岩爆的能量来源”【5】等研究成果的基础上的进一步研究。

 

一、猜想1:通古斯大爆炸是小行星进入大气层后产生巨大“岩爆”

1、通古斯大爆炸的“岩爆”模型

由公式(5.31)【3】可知,构成物体的原子或离子的电子绕原子核运行的轨道半径随物体在以太中运行速度的增大而减小。由此可知,随着宇宙的减速膨胀既物体相对于宇宙以太系运动速度的减小,构成物体的原子和离子(含有轨道电子的离子)会不断变大。如果我们专注宇宙膨胀对固态物体的影响,就不难发现所谓“岩爆”【5】就是宇宙膨胀长期作用于固态物体而形成的弹性势能的突然释放这样一种自然现象。

我们可以将固体的形状都近似为球体以便于研究。如果一个固体球的表面保持不破裂(保持原子挨着原子)的话,那么固体球的表面积正比于构成固体球的原子的半径的平方,而固体球的体积则正比于原子半径的立方,所以,随着原子的膨胀,固体球内的应力会越来越大,而且越往内应力越大。由于宇宙内有些自然形成的固态物体如小行星或流星形成的年代达几十亿年以上之久,经过宇宙几十亿年以上的膨胀,聚集在这些固态物体内的应力是非常大的,当这些应力大于固态物体的结构力时这些固态物体就会发生爆炸。这就是为什么宇宙中存在那么多形状不规则的流星(陨石)的原因。因为质量小的行星完全凝固得非常早,随着宇宙的膨胀,许多固态行星内部的应力早就超过了其结构力而发生了爆炸(岩爆),由此形成了大量形状不规则的石头(陨石或流星)。

我们设想一个古老(比如说50亿年前形成)的固态小行星,由于经过了50亿年以上原子的膨胀,小行星内部的所积蓄的应力势能已经非常大了,小行星已经接近爆炸的临界点了。当这颗小行星进入地球大气层后,由于与大气层摩擦而升温,所以小行星内部的膨胀应力在不断升高而张力在不断降低,当小行星内部的膨胀应力超过了其结构力(张力)时便产生了“岩爆”,小行星解体同时释放出巨大的能量。从小行星解体分裂而来的碎块接着持续不断地爆炸(岩爆)而分裂直至被炸成带电粉尘而弥漫于大气层。这就是通古斯大爆炸的“岩爆”模型。

 

2、用通古斯大爆炸的“岩爆”模型解释通古斯大爆炸产生的异常现象:

1)  释放的能量巨大:估计爆炸威力相当于2千万吨TNT炸药,相当于1000颗广岛原子弹!超过2,150平方公里内的8千万棵树焚毁倒下。据报道,当天早上在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空,其亮度和太阳相当,几分钟后,一道强光照亮了整个天空,稍后爆炸产生的冲击波将附近650公里内的窗户玻璃震碎,并且观察到了蘑菇云的现象,这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震监测点所记录,其所造成的气压不稳定甚至由在当时英国刚被著名科学家发明的气压自动记录仪所侦测。

 

解答:我们知道在地球上在隧道或矿井的挖掘过程中产生的岩爆严重的可测到震级4.6级,烈度达7~8度,使地面建筑遭受破坏,并伴有很大的声响的地震。所以只要小行星形成的年代足够久远,质量足够大,其“岩爆”所释放的能量应当是可以达到2千万吨TNT炸药所释放的能量的。

 

2)  天空出现异常:爆炸后的几天里,通古斯地区方圆9000英里的天空,被一种阴森的橘黄色笼罩,大片地区连续出现了白夜现象,亚洲与欧洲的夜空呈现出暗红色。在美国的史密松天体物理台威尔逊山天文台也观察到大气的透明度至少数个月有降低。

 

解答:由于小行星被炸成了带电粉尘而弥漫于大气层,所以爆炸区域的天空被这种阴森的橘黄色(粉尘)笼罩。由于这些粉尘会反射太阳光,所以会出现白夜现象;又由于红色光波的穿透能力最强,所以夜空会呈现出暗红色。由于这些弥漫于空中的粉尘非常细小所以下落得很慢,加上粉尘充斥的空间很大,达到的高度很高,粉尘散开的时间比较长,所以大气的透明度数个月才有降低。

 

3)  爆炸时英国伦敦的许多电灯骤然熄灭,一片黑暗;爆炸地区土壤被磁化;爆炸地区的树木生长速度加快;年轮宽度由0.4—2毫米增加到5毫米以上;某些动物出现遗传变异,驯鹿都得了一种奇怪的皮肤病枣癞皮病等等。

 

解答:由于小行星被炸成了带电粉尘,这些带电粉尘随着爆炸冲击波的快速波动会产生强大的电磁脉冲,是这种电磁脉冲导致了英国伦敦电力系统的跳闸,从而导致许多电灯骤然熄灭; 也正是这种电磁脉冲或其中的高能微波导致了爆炸地区土壤被磁化、树木生长速度加快(年轮宽度由0.4—2毫米增加到5毫米以上)和某些动物出现遗传变异(如驯鹿得奇怪的皮肤病枣癞皮病等等)

 

4)  没有发现任何陨石坑;但意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉,微量元素的含量比其它年份的含量高,而这些微量元素不可能来自地球。50和60年代的调查队在这个地区发现了极小的玻璃球洒在土地上。化学分析显示球内含有大量的镍和铱—在陨石中常见的金属,而且也确定它们是来自地球以外的。

 

解答:因为小行星所含应力是全方位的,在主“岩爆”所产生的高温作用下,小行星通过一连串次级“岩爆”被炸成了粉尘而弥漫于空中,所以没有留下任何陨石坑。由于小行星含有这些微量元素,大爆炸时含有这些微量元素的粉尘在爆炸冲击波的作用下进入了被击毁的冷杉中。在爆炸区域,高温将土壤中的玻璃颗粒熔化了,并与爆炸形成的粉尘微粒(熔融状态的)混合,爆炸完后就冷却凝固形成了这种极小的含有镍和铱—这些在陨石中常见的金属元素的玻璃球。

 

5)  没有辐射异常的迹象,这表示不是自然的核自爆现象。

 

解答:因为“岩爆”原则上是不会造成放射性污染的,除非小行星内含有放射性物质。

 

二、猜想2:通古斯大爆炸是由小行星进入大气层后产生的“岩爆”引爆了其内部的核聚变燃料(比如氘和氚)而产生的核爆炸

 

1、通古斯大爆炸的“岩爆”+“核爆”模型


A.  氢弹的原理和结构:

氢弹是利用氢的同位素(氘、氚)的核聚变反应在瞬间释放大量能量的核反应装置。由于产生聚变反应的轻原子核都带有正电荷,所以只有当它们的速度很快时才能克服正电荷间的静电斥力而发生显著的聚变反应。当热核装料的温度很高(只有在1400万度℃以上的温度条件下,反应速度才大得足以实现自持聚变反应)时,组成装料的原子核就具备了很高的速度(从而有很高的动能)。利用这种办法发生的聚变反应叫热核聚变反应,简称热核反应。由于轻核中氢的同位素氘和氚原子核间的斥力最小。因此常常被选作氢弹的装料。氘氚原子核间的主要反应方式为:   
               D+T→He+n+17.6MeT

式中,D、T,He,n分别代表氘核、氚核、氦核及中子。 

1.jpg

图1

 

氢弹的大致结构如图1所示。在氢弹的弹壳里装有氘和氚或固态的氘化锂-6(为氢弹的核原料),多个原子弹以及由一般炸药所做的引爆装置。氢弹是利用原子弹爆炸时产生的高温高压点燃其热核原料而进行核聚变反应(或称为热核反应)的。当雷管引起一般炸药爆炸时,就将分开的核原料块迅速压拢,这样就产生了裂变反应既原子弹爆炸,同时立即产生了氘和氚聚变反应所需的超高温和高压,在这样的高温下氘和氚的核外电子都被剥离掉了,成为一团由裸原子核和自由电子所组成的气体,氘和氚以每秒几百公里的速度互相碰撞,迅速并剧烈地进行合成氦的反应,放出大量的聚变能量,这样就完成了氢弹的整个爆炸过程。由于热核原料装量没有临界质量的限制,所以氢弹可以做得很大,一般氢弹的爆炸威力可从数十万吨到数百万吨,甚至到几千万吨TNT当量。

 

B.  小行星是如何产生核爆炸的?

 

3.jpg

图2


猜想:

  通古斯大爆炸是由一个几十亿年前形成的中心含有足够量的固态或金属态氘和氚的小行星进入地球大气层后在空中产生的核爆炸,如图2所示。当小行星进入大气层后由于与大气层的摩擦而升温,从而使得聚集在小行星内部的应力势能的突然释放既产生“岩爆”,“岩爆”使得小行星中心的压力和温度瞬间大幅度升高,从而使得处在小行星中心的氘和氚产生热核聚变反应既核爆炸。小行星进入大气层摩擦升温的过程相当于氢弹内的原子弹的引爆过程,小行星应力内能的释放导致的“岩爆”相当于氢弹内的原子弹的爆炸。最后都是氘和氚在高温高压下产生核聚变反应及氢弹的爆炸。小行星氢弹爆炸之后形成碎片继续产生“岩爆”直至全部变成带电粉尘。

由于原子量小于铁的元素都可在高温高压下产生核聚变反应而释放能量。不排除小行星的核爆炸是其它元素的核聚变反应产生的。

由于氢是宇宙中含量最多的元素,大约占据宇宙质量的75%,所以含有氘和氚元素的小行星或陨石应当是普遍存在宇宙当中的。

质量足够大的高应力小行星的爆炸威力完全可以与原子弹爆炸相比,所以是可以引爆热核反应的。

 

2、用通古斯大爆炸的“岩爆”+“核爆”模型解释通古斯大爆炸产生的异常现象:

1)释放的能量巨大:估计爆炸威力相当于2千万吨TNT炸药,相当于1000颗广岛原子弹!超过2,150平方公里内的8千万棵树焚毁倒下。据报道,当天早上在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空,其亮度和太阳相当,几分钟后,一道强光照亮了整个天空,稍后爆炸产生的冲击波将附近650公里内的窗户玻璃震碎,并且观察到了蘑菇云的现象,这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震监测点所记录,其所造成的气压不稳定甚至由在当时英国刚被著名科学家发明的气压自动记录仪所侦测。

 

解答:氢弹爆炸的威力是完全可达到2千万吨TNT炸药的。

 

2)天空出现异常:爆炸后的几天里,通古斯地区方圆9000英里的天空,被一种阴森的橘黄色笼罩,大片地区连续出现了白夜现象,亚洲与欧洲的夜空呈现出暗红色。在美国的史密松天体物理台威尔逊山天文台也观察到大气的透明度至少数个月有降低。

 

解答:由于小行星被炸成了带电粉尘而弥漫于大气层,所以爆炸区域的天空被这种阴森的橘黄色(粉尘)笼罩。由于这些粉尘会反射太阳光,所以会出现白夜现象;又由于红色光波的穿透能力最强,所以夜空会呈现出暗红色。由于这些弥漫于空中的粉尘非常细小所以下落得很慢,加上粉尘充斥的空间很大,达到的高度很高,粉尘散开的时间比较长,所以大气的透明度数个月才有降低。

 

3)爆炸时英国伦敦的许多电灯骤然熄灭,一片黑暗;爆炸地区土壤被磁化;爆炸地区的树木生长速度加快;年轮宽度由0.4—2毫米增加到5毫米以上;某些动物出现遗传变异,驯鹿都得了一种奇怪的皮肤病枣癞皮病等等。

 

解答:由于小行星被炸成了带电粉尘,这些带电粉尘随着爆炸冲击波的快速波动会产生的强大的电磁脉冲,是这种电磁脉冲导致了英国伦敦电力系统的跳闸,从而导致许多电灯骤然熄灭。也正是这种电磁脉冲或其中的高能微波导致了爆炸地区土壤被磁化、树木生长速度加快(年轮宽度由0.4—2毫米增加到5毫米以上)和某些动物出现遗传变异(如驯鹿得奇怪的皮肤病枣癞皮病等等)

 

4)没有发现任何陨石坑;但意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉,微量元素的含量比其它年份的含量高,而这些微量元素不可能来自地球,显然,大爆炸与陨石有关。50和60年代的调查队在这个地区发现了极小的玻璃球洒在土地上。化学分析显示球内含有大量的镍和铱—在陨石中常见的金属,而且也确定它们是来自地球以外的。

 

解答:因为小行星所含应力是全方位的,在主“岩爆”及“核爆”所产生的高温作用下,小行星通过一连串次级“岩爆”被炸成了粉尘而弥漫于空中,所以没有留下任何陨石坑。由于小行星含有这些微量元素,大爆炸时含有这些微量元素的粉尘在爆炸冲击波的作用下进入了被击毁的冷杉中。在爆炸区域,高温将土壤中的玻璃颗粒熔化了,并与爆炸形成的粉尘微粒(熔融状态的)混合,爆炸完后就冷却凝固形成了这种极小的含有镍和铱—这些在陨石中常见的金属元素的玻璃球。

 

5)没有辐射异常的迹象,这表示不是自然的核自爆现象。

 

解答:因为小行星内的核聚变反应是由“岩爆”引发的,不是由原子弹爆炸引发的,所以不存在产生核裂变反应的核燃料(放射性元素),因此不存在放射性污染。

 

三、讨论:

1.   由于宇宙的膨胀,小行星或陨石内部都蓄积有应力势能,而且形成的年代越久远其内部蓄积的应力势能密度就越高;小行星或陨石的质量越大,其内部蓄积的应力势能就越大。所以小行星或陨石进入大气层普遍会发生爆炸。行星大爆炸是宇宙中普遍存在的自然现象。 

2.   由于热核原料装量没有临界质量的限制,原则上氢弹或由其它核聚变原料制成的核弹是可以做得很大的。由此可知,宇宙中比通古斯大爆炸威力更大的行星是存在的,小行星或大陨石与地球相撞的后果比现在科学界预想的要严重得多。

 

四、结论:

通古斯大爆炸是由小行星进入大气层后因与大气层摩擦升温而引爆的空中大爆炸,这种大爆炸或是由小行星内部所蓄积的应力势能的突然释放产生的巨大“岩爆”,也或是由“岩爆”所引发的核聚变反应产生的 “核爆炸”。

 

参考文献

【1】  徐道一. 通古斯大爆炸简介[J]. 灾害学, 1986(01):115-117.

【2】  百度百科:https://baike.baidu.com/item/%E9%80%9A%E5%8F%A4%E6%96%AF%E5%A4%A7%E7%88%86%E7%82%B8/351410?fr=aladdin

【3】  Wang, J. A. (2019),The Modification of Special Relativity, Journal of Modern Physics,10,1615-1644. https://doi.org/10.4236/jmp.2019.1014107

【4】  王建安,2020,一种基于宇宙膨胀的地球动力学模型(二), 科学网博客:http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3412139&do=blog&id=1214007

【5】  王建安,2020,宇宙膨胀-“岩爆”的能量来源,科学网博客:http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3412139&do=blog&id=1220144


 

 





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