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想要在地球上打洞横穿,只要90分钟

12299阅读达西女士

地球上存在真正的“无底洞”么?假设它真的存在,它可能是一个垂直延伸的圆柱轴,并且需要穿过地壳、地幔以及外地核,直达地球中心,然后再从地球的另一端出来。如果你生活在大陆上,那么另一侧的出口很可能位于海中。

无底洞无底洞

如果你要在地球的中心钻个洞,那么当你走向地球中心时,温度和压力开始急剧增加。地球的外核成为液体和熔岩,核心具有高度放射性,温度超过2000摄氏度,足以融化、煮沸或升华几乎任何已知材料。

那么想要做一个稳定穿过地球中心的圆柱轴要怎么做?

石墨烯是一种特殊的碳结合形式,可能是非常适合使用的材料,因为它比钻石更坚硬,也更难被分解。石墨烯可以通过碳纳米管的形式生成,而碳纳米管的内部是空心的。它不仅可以被创造成“无底洞”的墙壁,而且若你能保持它们冷却,它们甚至能够阻挡地球内层的高温和高压。通过石墨烯纳米管泵送和循环超低温液体(如液态氦),可能就能实现穿越地心这个目标。

纳米材料纳米材料

奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)曾经从距地面高度约3.9万米的氦气球携带的太空舱上跳下,创造了人类自由落体距离的世界纪录——36公里。而要从地球这一端穿越到另一端,可能需要数百倍的时间。如果你能创造穿过地球的稳定隧道,就可以创造出真正的无底洞。

奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)奥地利极限运动员菲利克斯·鲍姆加特纳(Felix Baumgartner)

当一个圆盘、圆柱体或球体旋转时,整个物体的角速度是相同的,但是在距离旋转轴的不同距离上,线速度是不同的。如果你向中心移动,你必须降低速度,否则你将无法保持同样的角速度。 在地球表面附近,当行星旋转时,大气层随你和地球表面移动,每小时大约1000公里,基于你所处位置的纬度而有所不同。对于大多数正常情况来说,这并不是什么大问题,但是当你开始从地壳表面移动到地壳内部深处时,你会发现,在水平方向上,你移动的速度太快了。整个地球以相同的角速度旋转,但就像转盘上的唱片一样,靠近圆心部分的线速度比外部要低,这意味着从地球表面掉下来的人必然会撞到侧面。你早晚会发现自己撞到了圆柱形管道壁上,因为地球仍然在旋转,而当你跳下去之后,地球内部的旋转速度比地表要慢。不过,如果你够聪明的话,还是有办法的。

没有什么能阻止你打造无底洞!

地球绕地轴自转,并在地球上形成一条“线”。在所有的海拔高度和深度上,这条线上的地球自转角速度和线速度都为零。沿着地球的旋转轴建造圆柱轴,从北极穿过地球中心直到南极。这条管道将不受微分旋转的影响,没有科里奥利力(Coriolis force)发挥作用,而且只要你的圆柱管道能保持住,没有什么能阻止你拥有真实的无底深渊!

地球绕地轴自转地球绕地轴自转

那么跳进无底洞会发生什么呢?

跳伞运动员劳伦·威尔克森(Lauren Wilkerson)在伊利诺斯州罗斯蒙特市iFly室内跳伞设施练习风洞飞行。只有当空气(或其他介质)存在时,阻力才能平衡重力。没有它,人就会不断地向地心加速,直到他们到达地心。随着空气的快速流动,你会开始往下加速坠落。很快(大约7秒后),你达到了终极速度,大约每小时225到338公里,这取决于你的手臂和腿的位置。当你沿着地轴往下走的时候,这个速度实际上会在某一段时间略微增加,因为地球内层比外层密度更大。但是引力会变弱,因为地球的大部分质量都在外面,而不是在你下面。与此同时,地轴中的空气密度将变得更大,这意味着你降落的速度会大幅下降。由于受到空气阻力,下落将需要很长一段时间:大约20到24小时才能到达地球中心。这是一次长达6400公里的长途旅行。当你到达地心时,你会以每小时48公里的速度移动,这取决于圆柱井里的空气密度,你会越过不到1600米长的“真正引力中心”。再过几分钟,你就会发现自己被困在地心了。

跳伞运动员劳伦·威尔克森(Lauren Wilkerson)跳伞运动员劳伦·威尔克森(Lauren Wilkerson)

也许在地球上安装电缆可以让那些被困在地球中心的人爬出去?这将是一次长途旅行。这对任何被扔进无底洞里的人或东西来说,命运都是悲惨的,也是不可避免的。不过,你还可以做出修改来解决这个地球物理难题。不要把东西扔进穿过地球两极的、充满空气的井筒里,而是把它扔进真空管道里。如果你能将100%的空气从这个无底洞中抽走,从地球一极到另一极通过地球,你的速度的唯一限制是由重力定律决定的,这是物理学家可以用一种难以置信的、直接的方式计算出来的。

当你从连接地球表面到中心的凹坑中跌落时,你将继续以更快的速度加速,只要坑内没有介质阻挡你的运动,到达地球中心时你会接近最高速度。首先,你永远不会达到终极速度。无论降落到哪里,都将继续加速,在地球中心达到最高时速11000米/秒,也就是每小时4万公里。从无空气竖井到地球中心只需要大约22分钟,其中有些不确定因素包括不同层的密度。此外,由于没有空气阻力,也没有能量损失。

地球表面到中心剖面图地球表面到中心剖面图

沿着地球的旋转轴钻井,这意味着在45分钟内就可以进行一次单程旅行,而往返则需要大约90分钟一旦你以这种令人眼花缭乱的速度穿过地球中心,随着逐渐远离地球核心并接近更外层,速度就会逐渐下降。当你移动的时候,加速度也会改变,取决于由你目前距离地球中心的距离。你从北极掉到井里45分钟后,你就能从南极出来了。因为南极的海拔高度约为2800米,所以在你停下来之前,你几乎无法看到头顶上的日光,然后就有会重复来时的旅程。所以你要接受往返旅行,穿过所有不同的地幔层、外核、内核,穿过地球的中心,再回到北方映点。大约1个半小时后,你会重新出现在你开始的那个位置。

网络配图网络配图

如果你从北极跳进无底洞,90分钟后会从相同的地点再次出现。如果有人给你留了一把铲子,当你重新出现时,你就能抓住它了 从北极到靠近南极再返回到北极的旅程,都需要穿越地球中心,不过只需要不到90分钟的时间就可完成。在理想的条件下:你需要创建真空环境,直接穿过地球旋转轴,从没有切向速度开始,没有任何类型的空气阻力,只受重力的影响,你会在90分钟后回到开始的地方。大约和国际空间站绕地球轨道运行的时间相同。为此,只要你随身带着氧气供应,这种旅程只会让你稍感疲劳。如果你愿意尝试的话,记得把自己与地球内部的辐射和高温隔离开来!

科技生活 无底洞 地球中心 圆柱轴

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