А если бы мы это сделали, что бы случилось, если бы вы упали?
В сельской местности Америки вы можете найти всевозможные достопримечательности, которые слишком хороши, чтобы быть правдой. Одним из самых распространенных зрелищ являются бездонные ямы, которые на самом деле обычно опускаются только на десятки метров, прежде чем упасть на дно. Несмотря на повторяющиеся диковинные утверждения, при ближайшем рассмотрении они оказываются не более чем городскими легендами или розыгрышами.
Это правда, что существует множество глубоких ям, но ни одна из них не является по-настоящему бездонной. На самом деле, даже самые глубокие из них никогда не проникали полностью под земную кору. Чтобы получить что-то более глубокое, нам придется использовать наше воображение. Для действительно бездонной ямы нам пришлось бы представить, что каким-то образом существует цилиндрическая шахта, которая простирается вниз, за пределы земной коры, мантии, внутреннего и внешнего ядер, вплоть до центра Земли, а затем который продолжался обратно на другую сторону, скорее всего, в океан, если вы живете на континенте.
Соответствующая точка от вашего текущего местоположения, если вы будете бурить прямо через центр Земли и выйти с другой стороны, называется противоположной точкой. Это требует большого воображения, потому что по мере того, как вы приближаетесь к центру Земли, температура и давление начинают фантастически увеличиваться. Внешнее ядро Земли становится жидким и расплавленным, а внутреннее ядро сильно радиоактивно, его температура превышает 4000 °F (2200 °C). Это настолько невероятно горячо, что буквально расплавит, вскипит или сублимирует практически любые известные материалы.
Итак, нам нужно создать что-то, что стабилизирует ваш цилиндрический стержень, проходящий прямо через центр Земли. Графен, особая форма углерода, связанного вместе, может быть отличным кандидатом, поскольку его труднее и труднее сломать, чем даже алмазы. Графен можно создать в виде углеродных нанотрубок, полых внутри. Это может быть создано не только для того, чтобы выровнять стены вашей бездонной ямы, но и, если вы сможете их достаточно охладить, они будут способны сдерживать внутренние слои Земли. Прокачка и циркуляция ультрахолодной жидкости через графеновую нанотрубку, например жидкого гелия, может помочь.
Если вы сможете проложить устойчивый туннель через всю Землю, вы создадите настоящую бездонную яму. Путешествие через эту яму сделало бы самый длинный в мире прыжок с парашютом жалким подбрасыванием монеты. В то время как Феликс Баумгартнер, возможно, проехал 36 километров, путешествие через бездонную пропасть заняло бы у вас более 12 000 километров от одного конца Земли до другого. Только если вы прыгаете, как парашютист, с парашютом или без, вы не уйдете далеко в своем путешествии.
Здесь, у поверхности Земли, атмосфера движется вместе с вами и поверхностью Земли по мере вращения планеты со скоростью около 1000 километров в час, с вариациями в зависимости от вашего широта. Это не имеет большого значения для большинства обычных приложений, но когда вы начнете удаляться от поверхности земной коры вглубь, вы обнаружите, что по горизонтали вы двигаетесь слишком быстро. Вся Земля вращается с одинаковой угловой скоростью, но, как и пластинка, вращающаяся на проигрывателе, внутренние части имеют меньшую линейную скорость, чем внешние части, а это означает, что кто-то, падающий сквозь Землю, неизбежно наткнется на борта.
Это только вопрос времени (и, что удивительно, нескольких десятков километров), прежде чем вы обнаружите, что врезались в стенку своей цилиндрической трубы, так как Земля все еще вращается - внутренностями вращаясь медленнее, чем поверхность - после прыжка. Однако есть обходной путь, если вы сообразительны.
Постройте свою шахту прямо вдоль оси вращения Земли, от Северного полюса через центр Земли до Южного полюса. Теперь не будет ни эффектов дифференциального вращения, ни сил Кориолиса, и - пока ваша цилиндрическая трубка держится - ничего не мешает вам получить настоящую бездонную яму! Так что - прыгнуть в бездонную яму - и что будет?
Вы начнете ускоряться вниз, когда воздух пронесется мимо. Довольно быстро примерно через 7 секунд вы достигаете предельной скорости, которая составляет от 140 до 210 миль в час, в зависимости от того, как расположены ваши руки и ноги. Эта скорость на самом деле незначительно увеличивается на некоторое время по мере того, как вы продолжаете спускаться по шахте, поскольку внутренние слои Земли более плотные, чем внешние слои.
Но тогда гравитационное притяжение станет слабее, так как большая часть массы Земли находится вне вас, а не под вами. Одновременно с этим увеличится плотность воздуха, заполняющего шахту, а это значит, что вы сильно замедлитесь. Падение из-за сопротивления воздуха займет много времени: где-то около 20-24 часов, чтобы достичь центра Земли. Это долгое путешествие длиной около 4 000 миль (или 6 400 км). Когда вы прибудете в центр, вы будете двигаться с ничтожной скоростью всего около 30 миль в час (или 48 км/ч), в зависимости от плотности воздуха в шахте, и вы только перелетите истинного центра тяжести менее чем на одну милю. Всего через несколько минут вы окажетесь в гравитационной ловушке в центре Земли.
Это жалкая, но неизбежная судьба для любого или чего-либо, брошенного в вашу бездонную яму. Однако есть еще одна модификация, которую вы можете сделать, чтобы решить эту геофизическую головоломку. Не бросайте что-либо в наполненную воздухом шахту, проходящую через полюса Земли; вместо этого выбросьте его в вакуум. Если вы можете эвакуировать 100% воздуха из этой бездонной ямы, проходящей от полюса к полюсу через Землю, то единственным ограничением вашей скорости является закон всемирного тяготения, и это то, что физики могут вычислить с невероятной точностью., простой мод.
Во-первых, вы никогда не достигнете конечной скорости. Что бы ни упало, оно будет продолжать ускоряться, достигая максимальной скорости в самом центре Земли более 11 000 метров в секунду, что составляет около 40 000 км/ч или 25 000 миль в час. Путешествие через безвоздушную шахту к центру Земли занимает всего около 22 минут с некоторыми неопределенностями, связанными с плотностью различных слоев. Кроме того, поскольку отсутствует сопротивление воздуха, энергия не теряется.
После того как вы пройдете через центр Земли на этой ослепительной скорости, вы будете замедляться по мере того, как будете постепенно удаляться от ядра Земли и проходить через различные внешние слои. Ваше ускорение также будет меняться по мере вашего движения, в зависимости от общей массы, заключенной в сфере, определяемой вашим текущим расстоянием от центра Земли, а также самим этим расстоянием (в квадрате). В общей сложности через 45 минут после того, как вас сбросили в шахту с Северного полюса, вы вынырнете с Южного полюса.
Только из-за того, что Южный полюс находится на высоте около 2 800 метров (более 9 000 футов), вы едва сможете увидеть над головой дневной свет, прежде чем остановитесь, и затем проделал тот же путь обратно, откуда вы пришли. Таким образом, вы совершите путешествие туда и обратно через все различные слои мантии, внешнего ядра и внутреннего ядра, через центр Земли и снова обратно через северные слои. Примерно через полтора часа после того, как вас впервые приземлили на Северном полюсе, вы снова оказываетесь в том же самом месте, с которого начали.
Путешествие туда и обратно, от Северного полюса до Южного полюса и обратно к Северному полюсу, через центр Земли, должно занять чуть менее 90 минут. В идеальных условиях:
- создание вакуума,
- прямо через ось вращения Земли,
- начиная без тангенциальной скорости,
- лишенный какого-либо сопротивления воздуха и подверженный только гравитационным силам,
вы вернетесь туда, откуда начали, всего через 90 минут: примерно столько же времени требуется международной космической станции для обращения вокруг Земли. Пока вы носите с собой запас кислорода, вы не будете хуже изнашиваться. Если поедете, не забудьте защитить себя от радиоактивности и перепадов температуры внутри Земли!