跳到主要內容

【軍事博評】什麼才是真正的宇宙級災難?再論天宮一號


不經不覺,近兩年的炒作後,天宮一號終於接近生命的「盡頭」,現在它的高度已接近200KM,幾乎肯定半個月之內會重返大氣層。不久以前,小弟寫了一篇針對坊間天宮一號謬誤的航天科技文,當中已提到普遍媒體如何誇大天宮一號的破壞性,不過小弟人微言輕,絕大部分港人應該不知道了。最近香港科技大學的學生組織「科大行動」又把事情拿來講,更將事件形容為「宇宙級災難」。


政治宣傳品滿滿的嘲諷風,可說是司空見慣之事,但作為一間理工科為主研究型大學的學生,這宣傳品似乎顯示他們不但對「定義」沒有什麼意識,也無視一些重要的科普知識及科學概念(不知是故意還是無知所使然)。小弟實在不吐不快,故特撰一文,想再釐清當中問題。


質量與劑量?


關於撞擊及聯氨問題,小弟在前文中已經述及並再三強調,影響取決於質量與劑量



(天宮一號與和平號太空站的對比,圖片來自維基百科)

事有湊巧,今天(3月23日)剛好是俄國的和平號太空站重返大氣層17周年。和平號太空站是2000年前在軌最大的人工建築,也是到目前為止重返大氣層的人造物體中體積及重量最大的,達128-140噸,就拿和平號做例吧。


2000年俄國決定把和平號太空站除役後,發射了一個特製的進步型飛船:進步1-5型上去。飛船比普通型多250%的燃料,作為和平號減速脫軌的動力,這時和平號的質量大約130噸。天宮一號的質量只相當於和平號太空站的6.5%,只比平日用於補給的的進步型飛船大點( 10.4米*3.33米 VS 7.23米*2.72米  )、重一點點(8.5噸 VS 7.2噸),論平均密度,天宮一號可能比進步號飛船還要小。



(和平號再入的模擬動畫,來自維基百科)

當年俄方認為太空站過份巨大,大型組件很多,可能還有20至30噸碎片降到地面去,不過這些碎片的擴散範圍達1500*100公里,而且絕大部分都跌到海裏去找不著。


天空實驗室結構

相對於和平號,和天官1號同樣是失控墜落的第二大人造在軌物體天空實驗室(77噸),可能因為是一個整體結構,而且密度較低,除了一個大氧氣樽、幾個筒形結構及艙門外,其他的都很「零碎」,例如一些留在太空站內的日常用品,以及未燒毀的……罐頭等。給收集到的碎片可能只有2至3噸左右。


天宮一號(箭嘴)和人類其他太空站及穿梭機相比,其實仍相當小,例如天空實驗室內部空間差不多可塞4-5個天宮一號。照片來自HistoricSpacecraft.com

相對於130噸及77噸質量的構件,一個只有8.5噸質量、而且內部更為簡單的太空艙(註1),能燒剩多少(註2)


神州九號及天宮一號內部結構示意圖,資料來自中國廣播網

 


天宮一號的軌道躍升紀錄,資料來源在此

關於聯氨問題,根據荷蘭一個衛星追蹤站的紀錄,天宮一號在2016年前單單軌度躍升就超過15次,每次由50至100公里不等。加上初次入軌時是以自身動力由180公里爬升上380公里高度,燃料消耗其實已相當厲害,究竟餘下多少燃料?


再者,聯氨怎樣毒都好,一樣有其許可劑量上限及毒理,以下是台灣國家環境毒物研究中心對於聯氨的化學及毒理闡釋(翻譯自美國毒性物質與疾病登錄署)。要留意的特徵是:聯氨十分容易因高熱而著火;聯氨容易蒸發到空氣中,並在幾分鐘或幾小時內被分解;在土壤中,聯胺可能會黏住土壤粒子,並在幾天內轉變成較無害的化合物。考慮到這些特性,以及再入大氣層的時間(可能長達15-20分鐘,視乎再入角度)、高熱及太空船瓦解,大部分聯氨很可能早就在大氣層中擴散蒸發了,少數附在殘骸上的也可能被蒸發掉,能落到地面的究竟還有多少?


挑戰者號事實上是因為主燃料箱解體,令穿梭機過載突然上升至無法承受的水平,因而被「扯碎」,機內的燃料儲存箱亦應同時解體,擴散開來。

當年太空穿梭機可是帶了1.2噸的聯氨(及2噸同樣具劇毒性的四氧化二氮),用作變軌及姿勢制禦用,肯定比已變軌多次的天宮1號多很多啦。挑戰者號1986年發射時在半空爆炸,除駕駛艙外整架穿梭機都給扯成碎片,3.2噸劇毒燃料由20公里的高空掉回來,然而,有沒有人健康受損呢?



(火星任務中,麥迪文引燃殘餘的聯氨,利用聯氨中的氫原子和空氣中的氧原子結合,取得水份)

正如遊離輻射一樣,聯氨或類似的有毒物質,你不先談劑量,然後指稱那東西怎樣有害有毒,根本沒有意義。如果本圖的作者是理論或應用科學相關學系的學生,但對劑量問題採取視而不見的態度,我會覺得很詫異。或者再說一個和聯氨關係不大的例子:醫學用的正子掃瞄,其顯影液不但具β射線,而且放出的是反物質(正電子),當遇到體內電子時會對消煙滅並產生γ射線,對人體好像很危險。然而何解正子掃瞄被容許應用並愈來愈普遍?原因除了效果好之外,不也是輻射劑量多少的問題?


BTW, 聯氨是常用到幾乎所有中型以上的衛星都會用上,全地球的衛星都成為地球威脅?如果危機真的那麼大,為何大部分天文專家及專業科學雜誌都眾口一致,指稱危機微乎其微?,部分甚至連「所謂」聯氨的危機都沒怎樣提及?


再入與墜毀?


和平號的整個再入過程,碎片在大氣中飛行遠達2000公里,照片來自網絡

說到重返大氣層,我留意到不但是學生們,連大部分中文媒體都把一個重要專有名詞誤解了:歐洲太空總署的原話是再入(Re-entry),不是他們所指的「墜落(到地面)」。再入是指太空中的物體到達卡門線(即離地表100公里)以下的過程。卡門線在學術上是指太空與地球大氣層的分界線,地球大氣層中較濃密的中間層的高度上限,就在卡門線附近(大約85至100公里)。再入過程其實等如太空中的物體墜入大氣層燃燒的過程。然而,再入位置從來不會是太空物體的墜落點,因為物體依再入角度,要多數百甚至上千公里才能「撞」到地面上。所以,雖然碎片幾乎還會落在這區域內,如果天宮一號是在再入範圍的邊緣重返大氣層,其碎片在大氣劃破長空並擴散的範圍,有機會可遠至北緯或南緯45度甚至以上。


天宮一號的軌道,平均公轉一次90分鐘。由於地球同時在自轉,天宮一號軌道會覆蓋南北緯42.7度之間的地表。照片來自網絡

現時各國航天機構或民間航天智庫,都不約而同的把天宮1號的重返大氣層的範圍鎖定在北緯43度至南緯43度之間。這可不是什麼預測,因為……天宮一的軌道本來就和赤道呈42.7度夾角,故它在軌時不可能飛越至超過緯度43度以上地區的上空。


最新的預測顯示,天宮一號重返大氣層的日子大約是4月3日 ±3日。影響太空物件墜落地球的速度甚至地點,除要看物體的阻力外,很大程度上要看大氣層熱層的厚度,而影響熱層的最重要因素在於宇宙氣像


照片來自網絡

地球的大氣層並非恒定,除日夜季節週期影響地球大氣層的能量吸收,太陽活躍程度也會影響高空大氣粒子的活躍度,如果太陽非常活躍,會導致熱層的大氣粒子升得更高,對200公里以上軌道運行的太空物件構成進一步的阻力,並令他們軌道進一步衰退,加速接近地面。比較特別的是,太陽近年半以來的活動比較平靜,只發生過大約2次大型及6次較小型的太陽風暴/地球磁暴,故對熱層大氣密度的影響相對較低,天宮一號的軌道衰退亦較預期緩慢。然而,由於變數仍然很多(例如姿勢稍稍改變,都可影響阻力及墜落速度),就算是落下前兩三日,都難以確定真正的再入點在哪。


宇宙級災難?


科大行動(甚至部分傳媒)形容天宮一號重返大氣層是「宇宙級災難」。然而,他們對於「宇宙級災難」是怎樣定義的?或者只是隨口噏?


上帝之杖(RODS FROM GOD)的構想圖,照片來自網絡

若果宇宙級災難是指聯氨,抱歉,似乎不用多談了;如果是指碎片墜地,這種太空艙大都只有少數碎片以自由落體速度著地,最多只可能撞爛建築物而已,紀錄中只有一個人被太空碎片打中受傷,算什麼宇宙級災難?事實上,今天不是高達中的宇宙世紀,絕大部分在軌人工物體質量有限,墜下來(或人為丟下來)也很難構成廣泛破壞。就算是傳說中的超兵器「上帝之杖」,其實際撞擊動能也只相當於同重的TNT炸葯而已。



(通古斯卡大爆炸,效果應該和百萬噸級氫彈空爆相近。片段為50年代英國位於澳洲北部的氫彈空爆試驗)

如果真正要做到「宇宙級災難」,或者由天外而來而令地表受重大破壞,或人類受重大傷亡的嚴重災難,恐怕是小行星級別的非人工物體丟與地球形成撞擊軌道了。直徑小於70公尺的小行星衝進地球,很大機會會因大氣層的巨大阻力及內部熱失控而於半空爆炸,只會有不多於1%的碎片墜地。不過,這種東西的動能加上熱失控,爆炸力可達1500萬噸TNT的當量(即與氫彈CASTLE BRAVO相當),就算在高空爆炸,氣浪還能掃到地面,構成重大破壞:著名的通古斯卡爆炸,原初小行星大約只有50公尺直徑及1000萬噸質量,爆炸當量大約580萬噸TNT,雖然撞不到地表,但最新研究顯示其爆炸高度大約只有8公里,汽浪及衝擊波就像空爆百萬噸級氫彈一樣,對地表造成極大破壞,並摧毀相當於2000平方公里的林木。



(照片來自網絡)

部分討論者更貼上UC世代高達動畫的情節來形容天宮一號墜落,不過,我們也許可以「認真地」討論動畫中這些災難的情節:物理學家奧尼爾博士構思的島三型宇宙島(即是高達中常見的殖民衛星),質量大約16億噸,爆炸力(假設墜地速度為8KM/秒,下同)大約12000百萬噸TNT;《馬沙之反擊》(註2)中丟下地球,並把宇宙世紀中的西藏拉薩炸平的月神5號,照設定大約1-1.5公里左右,質量大約13億噸,也能造成大約9000百萬噸TNT的爆炸。要知道製造出「超級火山冬天」,差點把人類滅絕的多巴火山爆發,都只有1200百萬噸TNT的爆炸力,這些大質量東西的下墜,所炸起的灰塵足夠造成相當長期的全球氣溫急降(註3)


撞到布達拉宮的月神5號,大小與近地小行星4769號相近,上段的質量資料來自此小行星。照片來自網絡

至於同樣在《馬沙之反擊》中奇跡地「飛走」的阿古哲斯,設定中沒有提及大小,但有日本網友由居住區設施尺寸設定及一般M型小行星的平均密度,推斷亞古哲斯闊大約5.2公里,質量大約2451億噸,撞擊動能是1.91 * 106百萬噸TNT……要知道第三紀滅絕事件中,那顆小行星的爆炸能量也只是1×10百萬噸TNT,大約是其50倍而已。這些撞擊足可造成大海嘯、地表燃燒、長達多年的撞擊冬天、擊穿地殼(甚至為附近地區與撞擊的對蹠點引發劇烈的火山活動)、以至大規模的生物滅絕,這才好意思叫宇宙級災難吧。


小行星基地亞古哲斯,照片來自網絡

小結


一般傳媒的從業員欠缺科普知識或科學訓練,且礙於報刊的政治立場,對於中國的科學新聞仍會採取和處理政治新聞相約的手法。這是報刊風格所使然,旁人難以干涉。然而,作為科大學生,且也沒受「老頂」的壓力,在科學素養上應該比較優良才是,在討論科學問題時,在下認為他們至少應具備科學精神,實事求是,實說實話,這種精神甚至是必須超脫政治見解及立場的。我只希望科大行動的成員們仍記得自己是個大學生,而自己組織的名字上包含了哪間大學的名稱。


 


P.S. 以下是計算小行星墜地能量的網址,當然,這是簡單計算而已。


http://www.1728.org/energy.htm?b9=3


http://keith.aa.washington.edu/craterdata/scaling/index.htm


【軍事博評】William:天宮一號撞擊地球真會釀成巨災?



 


註1:大部分維生設備、物資及實驗裝置其實是設在對接太空船的軌道艙,事實上天宮一號除推進部分外,更像個生活艙。


註2:部分媒體估計所有碎片加起來大約2000磅(900公斤),然而大部分都是以小碎片的形式散佈在再入軌道上。


註3:有趣的是,今個月同樣是《馬沙之反擊》上映30周年紀念,看來今個月和「下墜」這個主題十分契合……


註4:認真的說,馬沙要實行「地球寒冷化」計劃,把月神五號丟到地球就很足夠了,丟亞古哲斯完全是overkill。



https://www.litenews.hk/?p=48021

留言

這個網誌中的熱門文章

用「新細明體」原來係侵權?台灣YouTuber爆被追收版權費

【香港輕新聞】近 日,台灣著名YouTub er「Joeman」表示 , 字型發行商開始對YouTuber收取華康體系的字體版權費,即使用電腦內建的「新細明體」或「標楷體」亦可能會 被追繳費用, 提醒 網 民小心 侵權。 事件隨即引起討論,有人形容是「把豬養肥再來殺」,究竟有哪些開源中文字型可以使用? 圖片截圖自: YouTube@Joeman-在影片裡使用新細明體竟然要付錢?小型網路創作者的困境! 昨日(27日),於YouTube上有逾百萬訂閱、台灣著名YouTuber Joeman 在其個人FB專頁 發文 指,最近收到署名為「威鋒數位」的信件,表示他的影片上使用的字型是侵權,要繳付費用,否則可能會探取法律行動。 Joeman表示,事件證實只要在有營利的影片中,使用「華康字型」及微軟(Microsoft)Windows內建字型「新細明體」與「標楷體」,均可能在數年後被追討版權費。除此之外,只要影片的封面或影片內有使用,而這些影片仍在Youtube架上,就必須每年繳交固定的費用。 「威鋒數位」 過去名叫華康科技,是「華康少女體」、「華康中黑體」等字型的發行商,Windows內建的新細明體、標楷體亦是由「威鋒數位」開發並授權給Windows使用。據官網資料指,字型不能用於商業用途,若要用於商業行為須另外取得授權;而相關授權條件顯示,多媒體影音必須使用專業版,每年2萬4千元台幣,此價格可使用華康的 幾乎所有字型 。 憂 小型創作者發展空間 受影響 Joeman為此事拍攝了一條影片分享,他提及在收到信件時,起初以為是詐騙集團,結果在網上搜尋後,發現對方真的是該字型開發商;而針對字型版權問題,Joeman在與數名Youtuber討論後,懷疑自己或是首位被要求繳交字型版權費的人。而為了影片的合法性,Joeman最後同意支付每年逾2萬元台幣的版權費。 最後,Joeman於影片中表示,希望版權公司不要向訂閱人數較少的小型創作者收費,或不要有追溯期,讓小型創作者有發展的空間事件於短短一日已引起不少人的關注,就在Joeman表示繳付版權費之後,部分Youtuber也留言指收到相關信件,甚至連訂閱人數較少的Youtuber也被追討版權費。 網民爭議聲不斷:把豬養肥再來殺 對於此事,不少網民留言指難以理解,「難不成以後都只能用手寫了嗎」、「根本就是把豬養肥再來殺的概念」、「我能明白使用者

澳洲代購奶粉華人女子疑涉接贓遭警方拘捕

因搜購嬰兒奶粉聞名澳洲的華人女子被警察鎖上手銬拘捕。     【香港輕新聞】 華人在澳洲搶購嬰兒奶粉導致出現買奶粉難現象早已引起詬病,最近更被揭發有中國家庭專門偷竊奶粉轉售。一名在澳洲從事代購嬰兒奶粉的華人女子近日被墨爾本警方拘捕,有報道指這名女子涉嫌購買早前發生的華人家庭犯罪團伙「奶粉大盜」案的賊贓奶粉,據悉目前這位華人女子已經被警方釋放,但可能只是作為嫌疑人等候審理,而並非無罪釋放,目前此案仍在繼續調查之中。 今年1月澳洲警方偵破嬰幼兒奶粉盜竊家族 在今年1月份,一位名叫柯劍鋒(音譯,Jian Feng Ke)的華人剛剛從中國飛抵澳洲,就在機場被警方拘捕,他的父母和妹妹在他被捕前也已經被警方拘捕,警方一共逮捕了8名家庭成員,其中年紀最小的22歲,最大的53歲,各人被指控在澳洲盜竊嬰幼兒奶粉。   警方在被捕女子寓所發現大批奶粉,部分疑為賊贓。   疑犯房屋搜出4000罐奶粉、蜂蜜和保健品 澳洲警方從疑犯家庭位於悉尼的兩棟房屋中搜出了總價值超過100萬澳元、多達4000罐的嬰兒奶粉、麥盧卡蜂蜜和保健品,以及21.5萬澳元現金贓款。這些被盜的奶粉和保健品都正準備運往中國。從2018年開始,澳洲警方就一直在調查被盜奶粉的下落,之後順藤摸瓜找到這名做代購的華人女子,並人贓俱獲將她逮捕。   被捕女子被稱為「墨爾本夢幻」,曾被電視台跟蹤拍攝她搜購奶粉手法。   被捕女子外號「墨爾本夢幻」圈內十分知名 據知情華人透露,這名被捕的華人女子在澳洲代購圈內很出名,她就是「墨爾本夢幻」。在澳洲九號電視台的一檔名為《A Current Affair》的節目2018年曾播出的一個專題片《瘋狂的嬰幼兒配方奶粉》(Baby formula frenzy)中,她就是被拍到搶購奶粉的主角。 祖孫三代螞蟻搬家不斷到超市購買奶粉 在這個電視台的特別節目中,記者跟拍了這個住在墨爾本的華人家庭一整天,從背後看著「夢幻」女士一家人,她和母親還有孩子(祖孫三代),各自開車到不同的超市瘋狂購買奶粉,之後塞滿汽車後備箱,並囤積到自家車庫。這個節目還採訪了澳洲的年輕媽媽們。她們講述了由於這些華人代購無視4罐限量,以「螞蟻搬家」的方式不斷掃貨,以至於她們經常為買不到嬰幼兒配方奶粉而苦惱。     https://www.litenews.hk/?p=70068

【多方觀點】佔中案判刑輕重成爭議 反映社會撕裂難平復?

【香港輕新聞】佔中案昨日(24日)判刑,九名被告中,四人須即時入獄,四人獲判緩刑或社會服務,而陳淑莊因要接受手術,押後至6月10日宣判。針對判刑輕重言人人殊,有意見認為,此案政治意味濃厚,裁決非但不是和局,而且會造成社會進一步撕裂,對於政治事,僅強調法治是難以解決的;亦有意見表示,以普通法控告「九子」的疑似不公,法官的說詞也「十分礙耳」,然而卻證諸佔中事態的發展。 突顯修補撕裂的困難 《明報》 社評 表示,佔中案判刑輕重言人人殊,是「突顯社會撕裂從未真正癒合」,而「衡量判刑輕重需要視乎具體場景,避免引喻失義又或立場決定腦袋」。對於控罪是否適合、判刑是否過重,「應當本着法治精神,經由上訴程序處理,不應政治化」。 社評 認為,在支持者眼中是「從容就義」,可是在不滿者眼裏卻是「死不認錯」,「雙方對事情的認知和觀感存在鴻溝,突顯修補社會撕裂的困難」。 應避免政治立場先行 《明報》 社評 認為,佔中案只是根據法律觀點,決定九名被告罪名是否成立,「跟佔領運動的政治和歷史評價是兩碼子的事,看待量刑輕重,應該避免政治立場先行,亦要避免斷章取義式的直觀比較」。對於政治層面的撕裂,「只能透過政治對話接觸」收窄分歧;至於消弭人心撕裂,則「需要各方易地而處,換位思考,多去理解別人的感受」。 裁決令社會更撕裂? 《信報》 「金針集」 金箴 文章引述民主派會議召集人 毛孟靜 表示,「判刑結果想帶出『打和』感覺」, 文章 卻認為「裁決非但不是和局,而且是社會進一步撕裂的助燃劑」,「佔中案的起因是政改,政制不改,社會不和」。「行政長官林鄭月娥一味強調法治,毫無疑問是捉錯用神」,政治問題必須政治解決。 難言對選舉的影響? 《信報》 「金針集」 金箴 文章表示,邵家臻和陳淑莊即時喪失議員資格的機會不高,因為民主派議員人數在立法會佔三分之一以上,對於抵住「DQ」壓力,而立法會換屆選舉亦將在明年展開,「DQ完再補選差不多夠鐘落莊洗牌」,建制派也「犯不着逼人太甚」。 文章 認為,目前難言判刑對明年選舉的影響,「民主派理論上可以藉着有人坐監而得到同情票,奈何本土派從一開始就質疑佔中九子的理念,能否贏得他們的選票實屬懸念」。 不肯面對慘重代價? 《星島日報》 社評 表示,法官判詞指出大眾看清「故事的另一面」,「就是被告借『公民抗命』之名肆意違法,破壞秩序,讓眾多市民飽受佔領之苦,卻始終得不到他們的道歉」,「判刑