Например, мы пробурили сквозную дыру через центр Земли, она вышла где-нибудь в Южном полушарии и внутрь с опаской заглядывают австралийские аборигены. А мы тем временем, условно говоря «в чём мать родила», — то есть в обычной одежде — решаем прыгнуть в этот фантастический тоннель. Попадём ли мы в гости к кенгуру? И сколько продлится это невероятное путешествие?
На самом деле в описании физики этого процесса придется десятки раз употребить слово «если», поскольку провести такой эксперимент в реальной жизни невозможно и остается ставить его силой воображения. В науке, кстати, опыт уже давно провели на бумаге, но если читать статьи на эту тему, то можно легко увязнуть в частоколе терминов и лабиринте формул. Поэтому попробую рассказать о «путешествии внутрь Земли» простым доступным языком.
Тоннель глубиной 12 000 километров
Многие знают о самой глубокой скважине на планете, которая в законсервированном виде сегодня служит объектом интереса туристов на Кольском полуострове. Ее закончили бурить в 1991 году, остановившись на отметке чуть больше 12 километров. И остановились не только потому, что закончились деньги, наступили другие времена и тому подобное. Нет. Бурить недра стало невозможно технически, так как температура в 220°С размягчала металл буровых колонн и они постоянно обрывались.
То есть главный враг бурения — жар, который в центре Земли достигает 6000°С — больше, чем на поверхности Солнца. А помимо жара есть еще и давление, которое с огромной силой сожмет такой тоннель, он «схлопнется» и никакая сталь с бетоном не помогут. Ну и, наконец, на глубине нескольких тысяч километров часть ядра частично жидкая или пластичная — это не та «твердь», которую можно бурить.
Так что вступает в ход наше первое «если». Допустим, мы все-таки пробурили тоннель длиною 12742 километра (диаметр Земли), и он вышел наружу. Работа закончена, можно начинать путешествие в Южное полушарие.
Прыжок без ничего
Первые несколько минут падения будут относительно терпимыми — воздух свистит в ушах, живот немного подтягивает. Через минуту-другую скорость падения достигнет 100 километров в час, а давление воздуха подскочит до трех-четырех атмосфер. Еще терпимо, но уже закладывает уши. Впрочем, главная опасность не в этом — легкие вдруг начинает жечь, будто ты вдохнул перцовый газ. Голова кружится, в глазах вспыхивают огни — это кислород начинает рвать легкие. Из-за большого давления его молекулы не просто втискиваются в легочные альвеолы, они взрывают их изнутри.
На глубине четыре-пять километров, через пять-семь минут, тебя скрутит судорогой. Ноги дергаются, руки суматошно хватают воздух, ты уже не понимаешь, где верх, где низ. Сердце будто рвется из груди. Миг — и тишина. Путешествие к центру Земли закончено.
Строго говоря, смерть произойдет еще раньше, примерно на глубине 2,7 километра, когда температура вокруг будет около 130°С. Ты просто получишь ожог дыхательных путей, и на этом всё.
В фантастическом скафандре
Применяем очередное «если». Допустим, на тебе надет жаропрочный скафандр с системой подачи воздуха, и первый смертельный барьер благополучно преодолен. Что дальше?
Чудо-скафандр держит жар и давление, он как супергеройский доспех из детских мультфильмов. Что ж, падение продолжается, скорость уже не 100 км/ч, а ближе к 200. На глубине 10–12 километров воздух начинает густеть из-за огромного давления сверху, температура уже за 200°С. Скафандр скрипит и держится, а вот воздух в тоннеле — нет. Он сжимается под собственным весом, его густота становится все отчетливее.
Еще через 50 километров температура становится как в металлургической печи — 500–600°С. Воздух вокруг превращается в густую, почти жидкую кашу. Плотность — как у воды, потом как у масла, потом как у меда. Ты больше не падаешь свободно, а плывешь будто в супе. Сопротивление воздуха (теперь уже не воздуха, а сверхплотного флюида) сильно тормозит. Гравитация слабеет — ведь половина массы Земли уже над тобой, и она тянет вверх не хуже, чем вниз.
На 200 километрах наступает критическая точка. Температура переваливает за 1500 градусов и чудо-скафандр начинает плавиться. Но если допустить, что он каким-то фантастическим способом еще держится, то воздух вокруг переходит в сверхкритическое состояние. По консистенции это уже не мед или масло, а горячая вязкая плазмоподобная субстанция. Она замедляет тебя все сильнее и сильнее.
На глубине 500 километров (8% расстояния до центра Земли) ты почти останавливаешься. Гравитация — та самая сила, что позволяла тебе падать — здесь едва ощутима. Вокруг давление в тысячи атмосфер, и если скафандр необъяснимым образом выдержит, то ты просто зависнешь, как муха в янтаре. Будешь болтаться в окружении раскаленного сверхплотного «воздуха», больше похожего на расплавленный металл.
Путешествие через центр Земли снова окончено. Ни движения, ни падения — только жар, давление и темнота.
Падение без воздуха
А что, если откачать весь воздух из тоннеля? Тогда другое дело — прыжок в недра будут проходить совсем в других условиях. Тоннель, из которого откачали весь воздух — это идеальный вакуум, как в космосе. Вот только высоко над Землей тело плавает в нем свободно и на него не действуют никакие силы, а внутри планеты сила будет одна — гравитация.
Облаченный в оставшийся от первого примера чудо-скафандр, ты прыгаешь в сквозную дыру, в которой нет воздуха, а значит, и нечему тормозить. Гравитация тебя тянет вниз, и ты разгоняешься все сильнее. Через пару минут скорость составляет сотни километров в час, через десять — тысячи. К центру Земли ты подлетаешь со скоростью 28 тысяч км/ч — это быстрее, чем ракета улетает в космос.
И вот он центр, половина пути пройдена всего за 20 минут. Здесь гравитация равна нулю, ведь всё, что находится над тобой, тянет тебя обратно, а всё, что ниже, тянет вниз. И поскольку это самый центр, то силы равны.
Но есть такая штука, как инерция. Тот самый первый закон Ньютона, который многие из нас просто запоминали наизусть в школе, не пытаясь даже вникнуть в суть. А она очень простая: если на тебя ничего не давит, ты продолжаешь делать то, что делал. Летел — летишь дальше. Стоял — стоишь. Инерция — это великая лень физики и самая упрямая лень во Вселенной.
Ты только что влетел в центр Земли с невообразимой скоростью. Гравитация выключилась, как лампочка, но тело разогналось до безумия. Ему нет никакого дела до гравитации, оно просто продолжает лететь вперед по инерции к противоположному концу тоннеля.
Однако не всё так просто. После центра Земли гравитация «переключается». Она появляется снова, но уже тянет тебя обратно к центру, замедляя инерцию. Скорость начинает падать точно так же, как десятки минут назад до этого разгонялась. Но ты все еще летишь по инерции, приближаясь к Австралии. Однако, чем ближе Зеленый континент, тем медленнее становится твоя скорость.
И вот он — заключительный момент. Через 40 минут с начала прыжка ты «выныриваешь» среди аборигенов и кенгуру. И если они успели схватить тебя и выдернуть из дырки, то путешествие можно считать успешно завершенным. А если нет, то твое тело в скафандре замирает на миг вровень с краями выходного отверстия и… начинает падать обратно вниз. Нетрудно предположить, что на противоположном конце случится то же самое, и в итоге ты начнешь качаться туда-сюда, как маятник в гигантских часах, только без трения и остановок. Прыжок в тоннель через центр Земли превратится в билет в один конец на самые безумные американские горки во Вселенной.
В сущности, задачка о прыжке через центр Земли оказалась не такой уж и сложной. Чего не скажешь о головоломке для школьников из «Юного Техника» за 1957 год. Современному человеку она точно не под силу: 👇
