地球の中心を通り抜けるトンネルを掘ってもらえますか?

May 04 2000
あなたが作るランチデートがあるとしましょう–そしてそれは地球の反対側にあります。地球の内臓に穴を開けるのは便利ではないでしょうか?しかし、もしあなたがそうしたら、本当に何が起こるでしょうか?
惑星をまっすぐに掘削することは可能ですか?AlesVeluscek /ゲッティイメージズ

本当にすべてから逃げたいですか?自宅から移動できる(そして地球上にとどまることができる)最も遠い距離は、真下に約7,900マイル(12,700 km)ですが、そこに到達するには、陸と海を12,450マイル(20,036 km)移動する必要があります。 。

まっすぐにショートカットをとってみませんか?途中でモグラメン、先史時代の爬虫類、冥界の住人を避けることができれば、約42分でそこに着くことができます。これは長い昼食には十分短い時間です。確かに、ほとんどのアメリカ人はインド洋に行き着くでしょうが、チリ人は本物の中国料理を食べ、キウイはスペインのタパスにお茶を入れることができました[出典:NOVA ;シェゲルスキー]。

もちろん、あなたはラフな乗り物に乗るでしょう。まず、22〜44マイル(35〜70キロメートル)の大陸地殻(海底で3〜6マイル/ 5〜10キロメートル)を通過し、次に1,800マイル(2,900キロメートル)のマントルを通過する必要があります。その後、火星サイズの液体鉄の外核を太陽の表面と同じくらい熱く(華氏10,000度、または摂氏5,500度)攪拌し、次に固体のサイズの内核を通過する必要があります。提案する、液体の最も内側のコア[出典:Angier ; ロック; NOVA ]。

議論(そして生存)のために、地球が冷たく、均一で、不活性な岩の球であるとしましょう。その間、空気抵抗を無視しましょう。

地球の表面では、重力が毎秒32フィート(9.8メートル)の2乗で私たちを引き寄せます。つまり、落下する1秒ごとに、毎秒32フィートずつ速度が上がりますが、地球の表面近くでのみ速度が上がります。重力は質量の関数であり、質量は物質の特性です。表面上、地球のすべての物質はあなたの足の下にありますが、あなたが落ちるにつれて、ますます多くの物質があなたを取り囲み、それ自身の重力を発揮します。これらの水平タグボートは互いに釣り合いを取り、相殺しますが、頭の上の質量の割合が増えると、下の質量の割合が比例して減少するのに対して、反力が大きくなるため、コアに近づくにつれて加速が遅くなります。惑星の中心では、重力による加速度はゼロです—地球の質量があなたを取り囲み、重力が相殺され、あなたは無重力になります[出典:ロック; シン]。

ただし、まだクリップの大部分で動いているので、そこで止まるとは思わないでください。中心までの途中で、速度は15,000 mph(24,000 kph)に達します。飛び込んだ21分後、時速18,000マイル(29,000キロ)で中心を吹き飛ばします。さらに21分後、重力によって速度が低下し、向こう側に到達して空中で一時停止します。誰かがあなたを捕まえない限り、あなたはあなたが来た道に戻って最初からやり直すでしょう。私たちの理想的なケースでは、これは振り子やばねのように、調和運動と呼ばれるプロセスで無期限に続きます[出典:Plait ; シェゲルスキー; UCSB ]。

もちろん、現実は最良の思考実験でさえ侵入する傾向があります。

現実は惑星地球に侵入します

理想化された岩のボールに飛び込んだので、現実と少し複雑にしましょう。

圧力下:地球を通るトンネルを掘削するには、6.6兆トンの岩が内側に押し付けられるという驚異的な圧力を克服する必要があります。これは海面圧力の約300万倍に相当します[出典:Locke ; ひだ; UCSB ]。

あなたはその重さを運ぶつもりです: 25フィート、または直径7.6メートル(英仏海峡トンネルよりわずかに小さい)のトンネルは、200億立方フィート(5億7800万立方メートル)の岩を押しのけます。それはたくさんの岩です。

ここは熱くなっています。地球の内部は、形成衝撃による運動エネルギー、重力圧縮力、内部摩擦、放射性崩壊など、さまざまな要因により驚くほど熱くなっています[出典:Plait ]。実際、地殻だけでも現在のトンネリング技術を打ち負かすのに十分なほど高温です。これまでに掘られた中で最も深い穴であるロシアのKola Superdeep Boreholeは、地殻を通過する道のほんの一部である40,230フィート(12,262メートル)に達しました。温度。科学者たちは海底にマントルの近くに達する穴をあけました、しかし[出典:フィッシャー;レビット;サントスキー; UCSB ]。

質量効果:山や海溝によって引き起こされる地殻の質量変動は、地球の内層の密度の違いの横で薄くなり、コアに向かうにつれて密度が高くなります。その結果、あなたの加速は私たちが説明したよりも大きく変化するでしょう[出典:Reich ; シン; UCSB ]。

致命的な引力:コリオリ効果と角運動量により、シャフトをひどく下る前に、横方向の動きで壁に移動します。

その理由を理解するために、赤道に開けられた穴を考えてみましょう。地球の表面に立っていても、コアの近くに立っていても、24時間ごとに1回転しますが、同じ距離を移動するわけではありません。表面では24,900マイル(40,000 km)移動し、コアの途中では、その半分の距離を旅します。あなたが落ちたとき、あなたはその1,000 mph(1,600 kph)の東向きの動きを保持しますが、あなたの周りの壁はこれまでになく遅い東向きの速度で動き、あなたはそれらにぶつかります。

発疹を防ぐために、コリオリの力が効かない極から極へとドリルで穴を開けることができます。しかし、軌道を回る衛星を混乱させる太陽と月の重力は、とにかく最終的にあなたをトンネルの壁に引き込むでしょう[出典:ダーリン]。

和音を打つおもしろい事実:地球の任意の点から他の点への直線は、地球の中心を通るトンネルと同じくらいの時間がかかります。トンネルは短くなりますが、重力による加速は少なくなり、移動には時間がかかります[出典:Plait ; シェゲルスキー]。

プラス面として、旅を観光名所や本当に長い地下鉄に変えたいのであれば、燃料費はごくわずかです。

多くの詳細情報

著者のメモ

政治家は、この故郷の惑星で非常に多くの問題を解決する必要があるときに、私たちが宇宙にお金を使うべきではないことについて吐き出すのが好きです。私は強く反対しますが、おそらく地球の深い探査は妥協点を提供する可能性があります。海底を探索するには、地殻やマントルの下部に宇宙飛行と同等の技術が必要であり、ある意味では困難であり、同等の経済的、教育的、技術的な副次的利益を生み出す可能性があります。

多くの点で、私たちは自分の海や地球の内部よりも月についてよく知っています。それを変える時が来ました。

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  • 海洋掘削のしくみ
  • 火山のしくみ

ソース

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