本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
[caption id="attachment_7887" align="aligncenter" width="646" caption="图片来源:华纳兄弟电影公司"][/caption]
《环太平洋》大概有一个清单。配备巨剑、枪炮和火箭臂的巨型机器人?✅。长着巨爪、利齿和酸液喷射的巨型怪兽?✅。如果所有这些震撼人心的好戏还不够,这部电影还以两次巨大的核爆炸作为结尾。其中一次爆炸非常巨大,它实际上将部分海底变成了陆地,然后又坍塌了。拥有未来力量的机器人的肌肉是我们为了让电影继续下去可以原谅的(仅仅为了抬起一个机甲的手臂,就需要大约1000个布加迪威龙发动机),但是我们对核爆炸了解很多。自20世纪50年代以来,我们已经使用了相当于5亿吨TNT当量的原子能,来弄清楚到底会发生什么。
这就引出了一个书呆子的问题:要让太平洋海底变成陆地,机甲炸弹需要多大?
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核爆(前方剧透)
在影片的后期,机甲突袭者尤里卡牺牲自己摧毁了两只盘旋的怪兽。它的有效载荷本意是摧毁让怪兽不断出现的跨维度传送门,但那将留给机甲吉普赛危机及其核反应堆来完成。突袭者引爆,产生了一个巨大的蒸汽和能量气泡,它冲过另一架机甲,露出了干燥的海底,上面还有拍打翅膀的鱼。一秒钟后,水又涌回以填补空隙,吉普赛危机艰难地到达了它的最终目的地。
当核弹在水下爆炸时,它确实会产生一个巨大的气泡,这个气泡首先冲出,然后塌陷,并在与周围水压的搏斗中膨胀。其背后的物理学是复杂而引人入胜的[PDF]。重要的是,我们已经进行了足够的核试验,从而得出可以模拟炸弹气泡大小的方程式。但是要找到气泡的大小,我们需要炸弹的大小。
在《环太平洋》的早期,阻止怪兽入侵的计划被揭示:轰炸“缺口”并摧毁跨维度传送门。为此,机甲突袭者尤里卡配备了一个2400磅的热核装置——相当于120万吨TNT。这听起来令人印象深刻,但在引爆巨型炸弹的编年史中,它很小。有史以来引爆的最大核装置——沙皇炸弹——比它大50倍。即便如此,机甲炸弹也不是可以小觑的东西。它携带的能量大约相当于一场大型飓风在一秒钟内消耗的能量。
大小不是一切;深度也很重要。核爆炸的行为会因其靠近地表还是深海而大相径庭。事实上,如果你把核弹放在足够深的地方,爆炸后地表几乎不会有任何动静。也许会有水向上涌,但不会有蘑菇云。相反,如果炸弹只在水下几百英尺的地方,由此产生的羽流绝对令人难以置信。因此,要弄清楚《环太平洋》中我们正在处理的是什么,我们必须估计深度。
在《环太平洋》的最后一幕中,一对机甲下降到海洋中以炸毁缺口。由于机甲行进的地方没有光线(你甚至可以看到热液喷口),而且太平洋的平均深度约为4000米,我们可以估计炸弹在被称为深渊的某个区域深海中爆炸。爆炸越深,爆炸为了产生一个大气泡就必须对抗越大的压力。
阅读更多:环太平洋物理学(第一部分):火箭一拳相当于波音747撞击面部
1971年,军方生成了一份报告,该报告使用深度和爆炸当量(炸弹的能量)来模拟核爆炸后水下气泡的大小。(令人难以置信的网上漫画XKCD使用这个方程式来估计马里亚纳海沟底部的核爆炸。)该方程式使用气泡几何形状、水压和爆炸当量来计算出爆炸气泡的最大半径(如果你有兴趣,请参见第34页)。将我们在《环太平洋》中收集到的一切信息放在一起,机甲炸弹会产生一个像兴登堡飞艇一样宽的气泡——大约245米。
在第一秒内,气泡的大小增加了一倍,随后又被巨大的水压压回。它经历了三次压缩和膨胀的循环,然后要么到达地表,要么完全消散成一股上升的热的、放射性的水。(你可以通过在水下开枪在小规模上看到相同的“气泡反弹”过程。)如果气泡最终到达地表,它看起来会像这样,水从深处以每小时200多英里的速度喷出。
但是电影场景呢?看到气泡有将近三个足球场那么宽,在几毫秒内,里面的所有水都会汽化,只留下“干燥”的地面。它会像核风暴的中心一样,冲击波向外传播,将那里仅有的一点点海洋生物夷为平地。
然而,这种确认有一些注意事项。首先,考虑到潜艇——与机甲大小相当的巨型机器——如果没有受到损坏,就不能靠近水下的核爆炸(看看所有被编辑的信息!),吉普赛危机是否能够承受冲击波或毫发无损地从中脱身是值得怀疑的。其次,主要爆炸气泡内部的温度会高到足以完全汽化怪兽和机甲。如果吉普赛危机可以用核反应堆的废气烧穿5级怪兽斯拉腾,那么核爆炸的热量会融化它们两个。在干燥地面上的核爆炸会融化岩石。最后,如此巨大的爆炸会形成一个数百米宽的巨大陨石坑。如果吉普赛危机没有被彻底摧毁,它也会有一个严重的洞要爬出来。
原谅这些问题,一个强大到足以承受爆炸的机甲有可能在太平洋底部的无水区域中——至少一两秒,因为这是物理学。
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