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陨石如何撞出环形山

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重要概念
天文学
物理
流星和陨石
尺寸
几何学


简介
你看过流星划过夜晚的天际么?流星是极速移动着的陨石,它们穿过地球的大气层并通过与之相互摩擦而燃烧起来。现在,就是观赏流星的最佳时机。最让人期待的流星雨发生在每年的七月中旬到八月下旬,在8月的11-14日达到鼎盛。地球快速通过塔特尔彗星碎片时产生了陨石。幸运的是,大多数的陨石很小并且在撞击到地球表面之前就已经毁灭了。但是如果陨石在并没有解体,那会对地球产生什么样的影响呢?在这个实验中你讲获悉在撞击后陨石大小如何与环形山大小相关联。

背景
环形山是圆形碗状凹坑结构的坑。陨石与太空中的行星相撞形成了环形山,比如月球或者其他天体。(在陨石燃烧之前我们叫它陨石,当他在太空中的时候就是我们熟知的流星体。)环形山让月球看起来就像个球形的瑞式硬干酪。陨石撞击月球表面留下一个坑,这个坑叫做“撞击坑”。在撞击形成环形山以后陨石会爆炸,于是乎,被留下的环形山成了这次撞击的唯一见证者。
月球和其他星球在太阳系形成时就被撞击过了。因为月球上的大气层很稀薄,所以我们能看到月球表面有很多的环形山。大气层(就像地球有的那样)能与陨石产生足够的摩擦力使之燃烧。月球就和地球不一样,月球上没有气候的变化也没有水文要素,这些最终都会是环形山腐蚀,它本身的构造活动可以更新月球表面。在地球上约有170处有科学依据证实是经撞击形成的环形山(其他被认为是环形山的由于时间的推移很多都面目全非无法证实了)。被确认是环形山的那些,很多都已经经过地质的作用变得并不容易被发现,风蚀,或被沉积物覆盖,或沉入水底。依据很多不同的线索科学家鉴定出了每种类型的环形山,比如一些铁陨石碎片,卫星图片之类的。

材料
硬板箱,要比一个鞋盒大冰球有一定的深度(那种可移动的小小的就可以)
10英镑面粉
尺子
三个不同大小的近球形物体,比如一个橡胶弹跳球,一个棒球还有一个圆的水果(比棒球大一些的,比如葡萄柚)。弹球或者小珠子这种小一点的物体可能不太适合这个实验。,
找一个盒子能够平稳放置的平面,并且你能从两英尺高的地方把圆圆的物体扔到面粉上(一旦它被扔到盒子里)。这个工作台要容易整理;面粉最后要撒在这个平面的其他地方。

准备
慢慢的把面粉倒在硬板盒里,左右摇一摇是面粉均与分布在盒子里。面粉层的厚度要在2英寸以上。如果没有足够的面粉,你也可以用小一点的盒子或者再开一包新的面粉。
步骤
用尺子测量你近球体物体的直径。在这个实验中他们将扮演“陨石”的角色。你准备的物体直径多大?
手举着你的陨石,然后松开手让它落在盒子里的面粉里。当它接触到平面的时候发生了什么?
小心一点把这个东西从面粉上拿出来,不要破坏留下来的“环形山”。再多往这个面粉盒子里扔两次,每次选择一个新的地方。你要保证你每次扔陨石的时候方式都是一样的,一样的动作一样的高度。
仔细量量这三个环形山的直径。(量取横跨面粉坑坑的距离。)环形山的直径有多大?和你的陨石相比呢,直径是什么样的关系?
左右晃晃这个箱子吧,为了下一次的实验做准备,也要一样的均匀和平整。
量一量你另一个陨石的直径,然后把它用之前相同的方式再扔到面粉盒里。多扔两次,就像你原先做过的一样,然后测量三个环形山的直径。这些环形山的直径是多大的?和陨石的直径相比呢?
为你最后一个陨石重新准备一下硬板箱吧,使面粉重新均匀平整,还是通过左右摇晃的方式。
第三个陨石也扔三次,然后测量他们形成的环形山的直径,就像你前两次做的一样。这一次的直径是什么样的呢?和陨石比起来呢?
最小的陨石能制造出多大尺寸的环形山呢?那最大的那个陨石呢,它制造出来的环形山有多大?总的来说,你觉得陨石撞击后形成的环形山的直径和陨石本身的直径之间有什么关联么?
拓展:重复这个实验,不过这次只用其中一个陨石,从一个不同的高度扔下来。从这个高度扔下来的陨石所形成的环形山有没有受到什么影响?
拓展:你可以把你这次实验的结果做成一个表格,每次环形山的直径是一组数据,做成一条线,陨石的平均数是另一组数据,把他们做成一条线。你发现这组数据中的直径之间有什么规律么?
拓展:用相同形状但不同质量的物体重复上述实验。重量会对环形山的形成有什么影响么?


观察和结果
是不是环形山都会比陨石大一点?那是不是小一点的物体形成的坑小一点,大一点的物体形成的坑就大一点呢?
当一个真的陨石撞击一个星体或者月球的时候,并不仅仅是产生了一个坑那么简单,有的时候还会伴随撞击产生爆炸。这次实验没有靠近能够爆炸陨石的力量,但是你还是能看出来冲击面粉的力量是能够使撞击出的坑的直径打过陨石本身的直径的。最小的环形山就是最小的陨石撞击留下的,最大的环形山就是最大的陨石的作品。
但是对于上述的结果会因为在实验中用了一个较轻的,或者是中空的物体而出现例外,这样的物体在面粉层中不能下沉到一半的位置,如果有这样的情况发生,那形成的环形山的直径就会相对于这个物体的直径小一些,因为撞击到面粉的那一部分的的直径是比这个物体本身的最大的直径要小的。如果发生了这样的情况,你就要从更高的位置仍这个小东西了,这样就能让他们在撞击的过程中有更大的速度。


(翻译  谢紫薇)


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