小行星撞击
选择大小、材质、速度和角度,用焦耳和 TNT 百万吨感受撞击能量。
选择大小、材质、速度和角度。大气层首先发挥作用——小而脆弱的天体在空中爆裂，大而坚固的则直冲地面——随后能量化为火球、冲击波和陨石坑。所有数字都来自 Earth Impact Effects Program（地球撞击效应程序）公开发表的公式。
小字数字为密度（kg/m³）。
11 千米/秒是最低可能速度（地球逃逸速度）；72 千米/秒是迎面逆行撞来的彗星。
从地平线量起：90° 为垂直落下。最常见的撞击角度是 45°。
按真实比例绘制的破坏圈
点击或拖动地图（也可用滑块），查看任意距离处的效应。
- 陨石坑 2.4 千米
- 火球 3.5 千米
- 衣物起火 28 千米
- 三度烧伤 42 千米
- 二度烧伤 54 千米
- 20 psi · 混凝土建筑被摧毁 24 千米
- 5 psi · 多数房屋倒塌 48 千米
- 1 psi · 窗玻璃震碎 130 千米
距爆心 53 千米 处
- 热辐射造成二度烧伤
- 冲击波震碎窗玻璃
- 峰值超压
- 28 kPa
- 峰值风速
- 60 米/秒
- 热（热辐射）
- 860 kJ/m²
- 溅射物层
- 1.6 厘米
陨石坑剖面（纵横比例 1:1）
复杂陨石坑的坑底会回弹：形成平坦坑底、阶梯状坑壁和中央峰（形状为示意图，直径和深度来自模型）。按真实比例看，大型陨石坑浅得惊人。
大小对比
效应随距离的变化
| 距离 | 峰值超压 | 峰值风速 | 热（热辐射） | 溅射物层 | 会发生什么 |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 千米 | 4.1 MPa | 1,600 米/秒 | 110 MJ/m² | 19 米 | 热辐射使衣物起火 冲击波摧毁钢筋混凝土建筑 |
| 10 千米 | 870 kPa | 700 米/秒 | 26 MJ/m² | 2.4 米 | 热辐射使衣物起火 冲击波摧毁钢筋混凝土建筑 |
| 20 千米 | 190 kPa | 280 米/秒 | 6.5 MJ/m² | 30 厘米 | 热辐射使衣物起火 冲击波摧毁钢筋混凝土建筑 |
| 50 千米 | 32 kPa | 66 米/秒 | 980 kJ/m² | 1.9 厘米 | 热辐射造成二度烧伤 冲击波震碎窗玻璃 |
| 100 千米 | 10 kPa | 22 米/秒 | 190 kJ/m² | 2.4 毫米 | 冲击波震碎窗玻璃 |
冲击波：采用 Collins et al. (2005) 对 1 kt 试验数据（Glasstone & Dolan 1977）的拟合，按能量的立方根缩放。热辐射：0.3 % 的能量转化为辐射；烧伤和起火的阈值按 E^(1/6) 增大。溅射物：落在该距离处的物质层厚度。
模型如何运作
小行星的动能为 E = (π/12) ρ L³ v²，其中 ρ 为密度，L 为直径，v 为速度。1 百万吨 TNT 相当于 4.184 × 10¹⁵ 焦耳。
下落途中，空气以约 ρ_air v² 的压力推挤天体前端。一旦超过天体的强度，它就会解体；碎片云像薄饼一样被压扁展开，如果在落地前扩展到原宽度的 7 倍，全部能量就会一次性以空爆形式释放。车里雅宾斯克和通古斯事件正是这样爆炸而没有留下陨石坑的。
如果到达地面，π 标度律给出最初几秒内挖出的瞬态坑。随后坑壁坍塌，形成宽 25 % 的最终碗形坑（简单陨石坑）；或者在直径约 3.2 千米以上时，坍塌成带中央峰的宽而浅的复杂陨石坑。
速度超过约 15 千米/秒时，撞击会使岩石汽化成火球，其热量能灼伤远处。随后冲击波到来，地面发生震级 M = 0.67 log₁₀E − 5.87（E 以焦耳计）的震动。
所用公式
-
E = (π/12) ρᵢ L³ v²Collins et al. 2005, eq. 1 -
Yᵢ = 10^(2.107 + 0.0624 √ρᵢ)Collins et al. 2005, § entry -
z_b = z* − 2H ln[1 + (l/2H) √(f_p² − 1)], f_p = 7Collins et al. 2005, eq. 18 -
D_tc = 1.161 (ρᵢ/ρ_t)^⅓ L^0.78 vᵢ^0.44 g^−0.22 sin^⅓θCollins et al. 2005, eq. 21 -
D_fr = 1.25 D_tc | D_fr = 1.17 D_tc^1.13 / D_c^0.13Collins et al. 2005, eq. 22, 27 -
R_f = 0.002 E^⅓, φ = f η E / (2π r²), η = 3×10⁻³Collins et al. 2005, § thermal -
p = (p_x r_x / 4r₁)(1 + 3 (r_x/r₁)^1.3), r₁ = r / E_kt^⅓Collins et al. 2005, § air blast -
M = 0.67 log₁₀E − 5.87Collins et al. 2005, § seismic -
t_e = D_tc⁴ / (112 r³)Collins et al. 2005, § ejecta
真实撞击：模型与记录对比
每个预设都把该事件大小、材质、速度和角度的最佳估计值输入模型。“记录”一栏是实际观测或重建的结果——对比两者，看看一个简单模型能接近到什么程度。
| 事件 | 输入 | 模型 | 记录 | 来源 |
|---|---|---|---|---|
| 车里雅宾斯克 (2013) | 19 米 · 致密岩石 · 19 千米/秒 · 18° | 465 千吨 TNT 33 千米 高度空爆 | 440–500 千吨 TNT ≈ 30 千米 高度空爆 | Brown et al. 2013, Nature 503, 238; Popova et al. 2013, Science 342, 1069 |
| 通古斯 (1908) | 60 米 · 致密岩石 · 16 千米/秒 · 35° | 10.4 百万吨 TNT 7.8 千米 高度空爆 | 3–15 百万吨 TNT 5–10 千米 高度空爆 | Boslough & Crawford 2008, Int. J. Impact Eng. 35, 1441 |
| 巴林杰陨石坑 ≈ 50 ka | 40 米 · 铁 · 18 千米/秒 · 45° | 10.4 百万吨 TNT 陨石坑 1.2 千米 | 陨石坑 ≈ 1.2 千米 | Melosh & Collins 2005, Nature 434, 157 |
| 希克苏鲁伯 66 Ma | 12 千米 · 致密岩石 · 20 千米/秒 · 60° | 1.3×10⁸ 百万吨 TNT 陨石坑 150 千米 | 陨石坑 ≈ 180 千米 | Hildebrand et al. 1991, Geology 19, 867; Collins et al. 2020, Nat. Commun. 11, 1480 |
这些数字有多可靠？
- 真实撞击体的大小、密度、速度和角度，其精度很少能好于几十个百分点——而能量与大小的三次方、速度的平方成正比。
- 陨石坑、冲击波和热辐射公式是对实验、核试验数据和模拟的拟合：误差在几倍以内，而不是精确到最后一位。例如我们的希克苏鲁伯预设给出约 150 千米的陨石坑，而观测值约为 180 千米。
- 解体的薄饼模型刻意保持简单；较新的碎裂模型给出的爆炸高度会有所不同。空爆的热辐射和海啸未被模拟。“5 psi 使多数房屋倒塌”之类的破坏阈值来自核武器试验，并取决于建筑的建造方式。
- 非常小或非常慢的天体会被减速到几千米/秒甚至更低，只留下小坑；陨石坑公式（重力主导区）会高估它们。
常见问题
灭绝恐龙的小行星释放了多少能量？
大约 10²³–10²⁴ 焦耳——约为 1 亿百万吨 TNT 量级，相当于数十亿颗广岛原子弹。6600 万年前，一个直径约 10–15 千米的天体以约 20 千米/秒的速度撞击墨西哥希克苏鲁伯，留下了直径约 180 千米的陨石坑。
为什么车里雅宾斯克和通古斯没有留下陨石坑？
两者都是直径数十米的石质天体。气压在高空就把它们压碎了——车里雅宾斯克约在 30 千米高处，通古斯约在 5–10 千米高处——因此能量以空爆形式释放。通古斯爆炸夷平了约 2000 平方千米的西伯利亚森林。
这样的撞击多久发生一次？
Collins et al. (2005) 给出的平均间隔约为 109 × E^0.78 年（E 以百万吨计）：车里雅宾斯克级空爆（0.5 百万吨）约每 60 年一次，10 百万吨约每 600–700 年一次，希克苏鲁伯级撞击约每 1 亿年一次。
“5 psi”是什么意思？
超压是指冲击波使气压比正常值（101 kPa ≈ 14.7 psi）高出多少。1 psi（6.9 kPa）会震碎窗玻璃，5 psi（34 kPa）会使多数房屋倒塌，20 psi（138 kPa）会摧毁钢筋混凝土建筑。这些阈值来自核试验的破坏调查（Glasstone & Dolan 1977）。
参考资料
- Collins, G. S., Melosh, H. J. & Marcus, R. A. (2005). Earth Impact Effects Program. Meteoritics & Planetary Science 40, 817–840.
- Earth Impact Effects Program (Imperial College London / Purdue University)
- Glasstone, S. & Dolan, P. J. (1977). The Effects of Nuclear Weapons, 3rd ed. U.S. DoD/DoE.
- Rumpf, C. M., Lewis, H. G. & Atkinson, P. M. (2017). Population vulnerability models for asteroid impact risk assessment. Meteoritics & Planetary Science 52, 1082–1102.
- Brown, P. G. et al. (2013). A 500-kiloton airburst over Chelyabinsk… Nature 503, 238–241.
- Popova, O. P. et al. (2013). Chelyabinsk airburst, damage assessment, meteorite recovery, and characterization. Science 342, 1069–1073.
- Boslough, M. B. E. & Crawford, D. A. (2008). Low-altitude airbursts and the impact threat. Int. J. Impact Engineering 35, 1441–1448.
- Melosh, H. J. & Collins, G. S. (2005). Meteor Crater formed by low-velocity impact. Nature 434, 157.
- Hildebrand, A. R. et al. (1991). Chicxulub Crater… Geology 19, 867–871.
- Collins, G. S. et al. (2020). A steeply-inclined trajectory for the Chicxulub impact. Nature Communications 11, 1480.
嵌入此工具
可免费将此工具嵌入到您自己的网站(含署名链接)。