学点知识 | 假如地球停止转动十秒,会发生什么?

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题图:《地球脉动》


知友:涅槃(4700+ 赞同)


由于题主没说停止自转还是公转,那就分开讨论。


首先,严格遵守 10s 的条件,地球半径和日地距离按均值。


1. 停止自转 10s


第一波危机


第一时间,地球上(南北极点除外)所有物体重量瞬间增加 v^2/(r*g)大约 0.0034*(COSα)^2 倍(α 为所在纬度)。如果只停 10s,地磁场应该不会消失。


由于惯性,地面上的物体将继续以 1670*COSαkm/h(也就是 463*COSαm/s ,地球半径按 6371km计)的速度沿着所在纬度圈切线方向自西向东飞出去。


这时,地面会突然刮起时速高达 1670*COSαkm/h 的暴风,这个速度在南北纬 42 度以内会是超音速,即使在南北纬 86 度的地方都能达到 116km/h(87 度 87km/h,88 度 58km/h,89 度 29km/h),而 12 级台风的风速也不过是 117-134km/h。


这样的暴风会扫荡地面上的一切,甚至能够侵蚀地壳。风与地表的撕扯摩擦会使温度急剧升高,造成大规模的火灾。而暴风切割磁力线会造成狂暴的雷电,将也许能幸存的飞机劈落。


建筑物和树木等地面附着物根本承受不了这样的剪切力和风力,会被撕扯断裂跟着飞向东面的空中。从地面飞向空中的尘土碎屑会遮蔽阳光,天空会黑暗下来,温度会下降。


地球突然停转,会造成地球版块运动,到处是山体滑坡,甚至是山峰折断,大量地震加火山爆发,火山灰会加剧天黑的程度,造成温度进一步下降。


北冰洋的冰、南极洲的冰川会被撕裂。


所有的大坝都会倒塌,河水湖水会向东造成大规模洪水。


海水也会向东涌动,于是大洋的西岸会出现大规模的退潮,而在大洋的东岸,海水本身涌动同时在风力的助威下形成可以高达数千米的海啸。


日本、台湾、马达加斯加这类邻近大洋西岸的岛屿暂时不会被淹没,其他海岛会被海啸淹没后重新露出来,因为海水还要向东赶路。


美洲西海岸会被淹没,但是由于科迪勒拉山系的阻挡,科迪勒拉山系以东能够幸免。而欧洲,非洲西、北海岸,西亚,印度,中南半岛,澳大利亚,新西兰,都会被海啸吞没。


表面海水在暴风作用下会雾化,深层海水上升,因为其含氧量太低,会造成海洋生物会大量死亡。浮游生物就幸福多了,深层营养物质上涌会带来大量食物。


地面上的动物会大量死亡甚至灭绝,在地下的生物比如蚯蚓鼹鼠之类能够幸存,但被海水淹没的地方则只有死路一条。


鸟类不管在空中还是地面,都躲不过死亡的命运。


对于人类来说,


如果在室内,那么你会拍在东面的墙上变成肉饼,无论是在建筑物内还是地下空间。刚好在深层地堡的东墙边上的幸运儿会幸存下来,如果他能躲过杂物的袭击和地堡垮塌的话。


如果在室外,因为这个速度远达不到第一宇宙速度 7.9 公里/秒,所以你不会宇宙漫游,你会在风中旋转着前进,最终在重力作用下掉下来嗝屁掉,其实绝大多数在半空就嗝屁了。


以我国为例,大约沈阳一线以南的所有人和动物会成为一颗超音速子弹向东发射。


飞机上的人,在暴风和雷电的双重作用下,再加上尘土碎屑对发动机的影响,能够幸存下来的已经不多,而且,又到哪里找可以平安降落的地方呢?


所以,就算躲过了暴风和雷电,也避免不了坠毁的命运。当然,概率上说也许会有这样的幸运儿,谁知道呢。


恰好在南北极点附近的人,也许能够在第一波危机中幸存,如果没有掉入冰缝的话,如果地球恢复自转后还有机会返回大陆没被冻死的话。


10s 以后,地球恢复了自转。


第二波危机来临


地表以 1670*COSαkm/h 的速度追赶暴风和海水。


风会逐渐平息下来,空中的碎屑也会随着风的平息而坠落,但是尘埃会一直弥漫很久,地球会迎来一段寒冬。


海水会向西退却,这时大陆的西海岸会退潮,而大陆的东海岸会迎来下一波海啸。


所有之前被淹的海岛会首先迎来第二轮淹没然后又露出来,澳大利亚,新西兰,中南半岛,印度,西亚,非洲北海岸会被海啸再轮一次,亚洲东海岸(中国东部蒙古高原黄土高原青藏高原云贵高原以东,俄罗斯西伯利亚),美洲东海岸科迪勒拉山系以东(高原地区除外),非洲东海岸,日本,马达加斯加,台湾,这些之前幸免于难的地方会被第二次海啸吞没。


这简直就是末日的场景,不过人类还是不会灭绝,在高原高山地区的地下室幸存几率最高,越靠近南北极几率也越高。看来西藏还真是好地方啊,2012 方舟都是在那里吧。


2. 停止公转 10s


为方便讨论,新建一个坐标系,以停转那一刻的昏线与黄道面交点为西极点,晨线与黄道面交点为东极点,沿日地连线作黄道面的垂面(也就是经过午夜线和正午线的面)将地球分成东西两个半球(注意这和赤道坐标系中的东西半球不一样),定义停纬(β),午夜线和正午线所在基圈为停纬 0°,沿基圈向西为 0°到 90°。向东为 0° 到 -90°,即西极点为停纬 90°,东极点为停纬 -90°。


以下所说的东西半球都是新建坐标系下的东西半球(简单点说,东半球就是停转时刻前进方向的半球,西半球就是背向的半球)。


由于惯性,地面上的物体将继续以 29.8km/s 的速度沿着停止时的速度方向继续向东飞去。


东半球地面上的所有物体(固液气)会以 29.8km/s 的速度飞升(任何地面附着物都抗不过这个速度,建筑会撕裂,树木被拔起,山峰会断裂),是的,你没看错,就是道家所说的飞升。


只不过在东极点上是垂直飞升,越靠近停纬 0° 飞升的角度越小变成斜飞而已,飞的角度就是所在的停纬 β。同时飞升的还有地底下喷出来的岩浆,甚至是整块的被撕裂的地壳(东半球被裂解飞出几大块都有可能)。


这个速度超过了第二宇宙速度即地球的逃逸速度 11.2 km/s,恭喜东半球的所有生灵,飞升后将继续围绕太阳公转,但由于地球引力作用,速度会降低,所以轨道会比地球原公转轨道低。


虽然早已死翘翘,但是比起西半球同胞的地面摊肉饼命运来说,已经好得不能再好了。


对了,室内的人除外,因为会先拍在天花板上然后再和它一同飞升。(虽然 29.8km/s 超过了 16.7km/s 的第三宇宙速度,也是没有机会飞出太阳系进行宇宙旅行的,至于为什么,请自行思考)


因为在西半球地面上的所有物体会由于惯性被压向地面,垂直地面的分速度为 29.8*sinβ km/s,也就是说在即使停纬 1° 的地方这个速度都能达到 0.52 km/s(1872km/h)。


这个速度足以把人和动物压成肉酱,何况是西极点 的29 km/s?而停纬 0°-1° 之间的物体有很大几率同东半球的物体一样飞升。


同时,会有一个吹向地面的狂风,风速为 29.8 km/s,风与地面的角度为所在地的停纬β,风接触地面后会沿地表向东半球吹去。


在这双重作用下,在西半球上的所有固体会被压成齑粉,地表都能被掘地不知多少尺。


而海水因为流动性,会涌向东半球,但 10s 的时间跑不了多远,最多也就是 298km 嘛。不过在西极点附近方圆 200 多 km 的海底应该会露出来。


与此同时,地球由于失去了公转速度,它将直接向太阳坠落,加速度是 GM/R^2= 6.67×10 N·m/kg * 1.9891×10 kg/(149597870700m)^2=0.00593m/s^2


10s 以后,地球恢复了公转


地球向太阳坠落了 0.296 5米,忽略不计,对公转轨道没有影响。如果是停 1 小时,则是 38.4 公里,影响也可以忽略;停 1 天,21134 公里,好像也还没太大关系;停 1 年,29.5 亿公里(日地距离才 1.5 亿公里),早掉太阳里被烧成渣渣了。


(这里还没考虑加速度与 R^2 成反比,日地距离越小,加速度增长飞快。如果考虑这点,同时考虑温度升高对地球的毁灭性,曾有学者计算该旅程将持续大约 65 天,届时地球还未到达太阳,平均温度将高达 3000 摄氏度,之后就是终结。)


风暂时不会停息,会继续向东半球刮去,因为要填补东半球的大气空白,等到空白填补完成,风才会逐渐平息下来,但是大气至少稀薄一半,宇宙辐射会增大不止一倍。同时空中的尘埃遮天蔽日,温度会降低,地球迎来一个漫长的寒冬。


西半球海水也会继续向东半球涌去,以填补东半球的海水空白,然后逐渐平衡,只是这时候的海洋已经没多少水了,海平面下降非常多,具体多少要看停转时在东半球的是太平洋还是哪个洋了。


至于生物,东半球的都上天当神仙了;而西半球陆生动物应该是灭绝完了,陆生植物的话会有幸存,毕竟种子和根茎块茎之类的在 10s 内也许能够幸存下来,海洋生物存活率和存活数量最多。


人类嘛,要么当了神仙要么当了肉饼。下一个顶级掠食者会是谁呢?


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