Kugel durch die Erde schießen?

Hallo, ich hab grad mit einem Freund spekuliert, was passieren würde, wenn man eine Kugel mit 1cm Durchmesser und annähernd Lichtgeschwindigkeit (99%) auf die Erde „schießen“ würde? Leider kamen wir auf kein zufrieden stellendes Ergebnis.

Was denkt ihr, würde passieren?
Falls das Material eine große Rolle spielt, schicke ich gleich mal 3 verschiedene Kugeln ins rennen:
1. Gold, 19,3 g/cm3, recht weich
2. Stahl, 7,8 g/cm3, gehärtet
3. Diamant 3,5 g/cm3, sehr hart

Alle 3 Kugeln sind „absolut“ rund, haben einen Durchmesser von 1cm und werden mit ca. 297000km/s (aus dem Weltall) auf die Erde gefeuert (99% der Lichtgeschwindigkeit).

Würden die Kugeln (oder nur eine bestimmte) ein sauberes Loch komplett durch die Erde schießen, oder nur einige Kilometer tief eindringen (wie tief?)? Oder würde ein Einschlagskrater entstehen? (wie groß?)
Würde die Kugel „verpuffen“?
Was passiert in/mit der Atmosphäre, die durchschossen wird? Oder in/mit dem Wasser wenn man auf einen Ozean schießen würde?

Zur Erinnerung: Würde die Kugel die Erde komplett durchdringen können, (ca. 12700 km) dann würde das bei dieser Geschwindigkeit nur 0,043 Sekunden dauern.

Was glaubt ihr, würde passieren?

p.s. Ja ich weiß, dass es eine „blöde“ Frage ist aber auf der anderen Seite auch recht Interessant.

Die Kugeln würden in der Atmosphäre verglühen... mehr nicht.

Du hättes damit Relativitische Geschosse

sie würden wohl einen Hübschen Knall abgeben.

könntem na eigentlich durchrechnen.

Wikipedia: Relativistic kill vehicle

Interessante Frage :D

Ich denke nicht, daß sie durch die Erde schießen würde. Alleine schon wegen der Atmosphäre. Und dafür ist die Erde einfach zu groß, sie würde abbremsen und irgendwann stecken bleiben. So stell ich mir das vor. :D

Nach meiner Vorstellung würde die Kugel durch Luftwiederstand und Reibungshitze verglühen.

Wenn mans klassisch rechnet hat ne Masse von 0,0035 kg (1cm³ Diamant) nach E=1/2mv² eine Energie von ca 2*10^15 Joule -> ca. die Tzar Bombe.
lässt sich ind er Grössenordnung mit dem geposteten Wikipediaartikel vergleichen obwohl nicht relativistisch gerechnet wurde.

Alles unter der Voraussetzung dass nix in der Atmosphäre verglüht und die Bewegungsenergie schlagartig abgegeben wird.

Soviel ich weiß hat noch keiner eine Kugel auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Deswegen sollte das Meiste was hier geschrieben wird, pure Spekulation sein.

Ich könnte mir aber vorstellen, dass sich bei der Geschwindigkeit sogar in Feststoffen (Erdkugel) Kavitations- bzw. Superkavitationseffekte (Wiki) auftun. Das hätte zur Folge, dass die Kugel nur so durchflutschen würde. Mit ganz geringem Widerstand.

Obs wirklich funktioniert, weiß ich natürlich nicht. Vielleicht zerstäubt das Ding ja auch schon an der äußeren Atmosphäre? Trotzdem wär ich fürs Durchflutschen

Gruß Senkel

@Gryphus, samael23

Daran habe ich auch schon gedacht aber ich glaube das eher weniger, denn die Geschwindigkeit ist ja wesentlich höher als Kometen oder das Spaceshuttle, die bei diesen Geschwindigkeiten zu glühen beginnen bzw. verglühen. Die treten ja mit 20000-50000 Km/h ein (oder so ähnlich). gegenüber 30000 Km/h wäre die Kugel mit annähernd c dagegen ja noch mal 36000 mal (!) schneller.
Ich weiß jetzt nicht genau wie dick die Luftschicht ist aber ich geh einfach mal von 100 km aus. Bei annähernd c würde die Kugel die Atmosphäre in 0,003 Sekunden durchqueren. Ich könnte mir vorstellen, dass bei dieser kurzen Zeit die Kugel sich noch nicht mal sonderlich erwärmen würde.

Ich geh auch immer von schnellen Geschossen aus, umso schneller sie sind desto saubere und tiefere Löcher hinterlassen sie. Bei der Atmosphäre sehe ich das ähnlich.
Erst bei festem Gestein wird sich das wohl dann nach einer gewissen Zeit/Tiefe ändern.

@Fedaykin

Danke, wenn ich das mal begreife, werd ich’s auch mal durchrechnen ;)

@ powermaus
In deine Richtung tendiere ich auch. Ein Durchschuss ist wohl nicht möglich aber ein tiefes eindringen. Eventuell auch dann ein „Knall“ am ende, ähnlich wie eine Explosion.

@rachanol
Danke, dass du es mal schnell durchgerechnet hast. Da sieht man mal was für eine Energie dahinter steckt.
Selbst wenn sie in der Atmosphäre „verglühen“ würde, muss die Energie ja irgendwo hin. Sternschnuppenähnlich würde das bestimmt nicht enden. :D

@ Senkel
Das ist auch eine sehr interessante Theorie. Die Superkavitation könnte ich mir auch sehr gut vorstellen weil die Geschwindigkeiten ja in ganz anderen Dimensionen spielen.
Wenn dort auch bei festen Stoffen eine Superkavitation auftritt, wäre ein glatter Durchschuss durchaus möglich.
Wie oben erwähnt, würde der Durchschuss ja nur 0,043 Sekunden dauern!

@chicken78

Interessantes Thema :)

Ich habe keine Antwort, möchte aber bedenken, dass die Kugel aus eigener (relativistischer) Sicht, da ihre Zeit im Verhältnis zu unserer extrem verlangsamt ist sich selbst als vielfach lichtschnell "empfinden" müsste. Für die Kugel dauert die Erddurchquerung daher nicht 0,043 Sekunden sondern nur Mikrosekunden oder noch weniger. Für die Kugel erscaint auf Grund der Lorentz - Transformatio die Erde auch nicht als Kugel sondern als extrem dünnes Rotations - Ellipsoid (so die gängige populärwissenschaftliche Interpretation der Lorentz - Transformation)

Die sich daraus ergebenden Implikationen versuche ich mir schon seit Jahrzehnten erfolglos vorzustellen :)

@OpenEyes

Da sagste was :D an die Relativität hab ich eigentlich noch gar nicht gedacht, weil auf der Kugel ja keine Männchen leben, die die Zeit empfinden aber die Atome in der Kugel haben gewissermaßen ja auch ein „Zeitempfinden“ wenn sie mit anderen Atomen kollidieren.
Ich hätte jetzt aber auch keine Ahnung wie sich das auswirkt.. das wirft nur noch mehr Fragen auf.

Und wo wir gerade bei Kollidieren sind, fällt mir noch der Teilchenbeschleuniger ein, der ja auch nichts anderes macht. Nur werden im Teilchenbeschleuniger nur wenige Atome mit annähernd c aufeinander geschossen. Hier geht’s ja um ne „ganze menge“ Atome. Im Prinzip ist’s aber wieder das gleiche..
Dann müssten ja auch hier exotische Teilchen entstehen oder kleine schwarze Löcher ;) :D

Ich hab mir das mit der „Verdrängung“ ja noch mal überlegt. Bei normalen geschossen wird die Materie ja verdrängt aber bei diesen hohen Geschwindigkeiten ist eine Verdrängung ja eigentlich nicht mehr möglich. So gesehen müsste es zu direkten Kollisionen oder zu „Stauchungen“ kommen und dann sonst was passiert... dann wäre eine Explosion in der Atmosphäre doch wieder denkbar.

Ich glaub die Richtung Teilchenbeschleuniger ist gar nicht mal so falsch.

@chicken78

Da musst du deinen Teilchenbeschleuniger aber erst mal grade biegen. Denn um die Kurve kriegst du deine Kugel nicht mehr.

Vielleicht gibts beim Aufprall der Kugel auf das erste Hindernis ja auch eine Art Kettenreaktion (zwischen weiter hinten liegenden Atomen) und das ganze Ding zerstrahlt einfach?

Glaub ich aber nicht. Ich denk es geht durch. Aber den Atomen wird mit Sicherheit arg übel dabei.

Gruß Senkel

Also... Bei 99% Lichtgeschwindigkeit (WOW!!!) Brimst da gar nix ab. Auch wenn die Kugel nu einen Meter groß ist, da passiert einiges mit der Bewegung der Erde selbst. UND ich denke, die Kugel wird da wenig abgebremst. Wir sollten uns mal ausrechnen, wie viel Newton (Also Kraft) eine Metallkugel, wie Stahl, mit einer solchen geschwindigkeit besitzt. Das haben wir letztes Jahr in Physik gemacht, weiß aber die Formel nicht mehr^^

Die Energien die dabei beteiligt sind wurden oben grössenordnungsmässig bereits erwähnt -> stärkste Wasserstoffbombe. Der Erde ist das wurscht.

alos lasst uns zusammen legen... aber für ne blei kugel, gold ist so teuer...

@rachanol

Also ne Wasserstoffbombe auf weniger als einen Quadratzentimeter und das auch noch perfekt in eine Richtung. Das gibt ein Loch. Ein tiefes.

Gruß Senkel

Das müsste eine gewaltige Explosion geben; ein sauberes Loch in der Erde dürfte nicht entstehen. Hängt damit zusammen, das bei solchen Geschwindigkeiten Schockwellen entstehen, die alles zerfetzen. Gab da mal einen netten Artikel über einen Physiker, der erzählte, was passieren würde, wenn ein Steak mit 27.000 km/h auf einen Menschen trifft (ja, ist bizarr, ich weiß, ist aber auch ein bizarrer Physiker gewesen). Bei solchen Extremgeschwindigkeiten ist nicht nur das Objekt ein Problem, sondern auch die verursachten Schockwellen.

Das es in der Atmosphäre verglühen würde wage ich zu bezweifeln. Bei einer Geschwindigkeit von 297.000 km/s würde er durch die Atmosphäre - selbst wenn wir sie mit 300 km Höhe rechnen - in weniger als einer tausendstel Sekunde durchstoßen. Verglühen bedeutet, das ein Objekt erhitzt, verdunstet, und dann einzelne Teile herausbrechen. Sie werden von der Atmosphäre abgebremst und durch die Hitze in noch kleinere Teile zerbrochen. Aber genau für diesen Abbremseffekt bleibt leider nicht genug Zeit. Es gibt ein weiteres zeitliches Problem. Jeder kennt ja das durchstoßen der Schallmauer. Das ist ein Effekt, der Auftritt, wenn man die vor dem fliegenden Objekt "aufgestapelte" Luft durchstösst. Die Luftsäule der Atmosphäre, die vor der Kugel liegt, hat keine Chance, auszuweichen, wenn die Kugel eintritt. Sie dürfte sich in Plasma verwandeln und in einem weitem Umkreis Verwüstungen anrichten. Es dürfte auch einen beachtlichen Krater geben.

Die von Rachanol genannte Antwort passt nicht, da wir von einer hohen relativistischen Geschwindigkeit sprechen. Die Energiemengen wären also wesentlich höher.

@chicken78

Hi Chicken78, ich muss mich mal beschweren. Seitdem das Thema auf dem Tisch ist, geht mir die blöde Kugel nicht mehr aus dem Kopf.
Mach weiter so!

Gruß Senkel

@moredread

Hi Moredread, Schockwellen sind eine gute Idee und nicht so einfach von der Hand zu weisen. Ich kann mir aber echt nicht vorstellen, dass da bei Lichtgeschwindigkeit irgendwas Zeit hat, um Schockwellen auszubilden. Sämtliche Atome und Moleküle VOR und IN der Kugel dürften völlig zerfetzt und zerstrahlt werden, während sich die ganze Reaktionsstelle trotzdem mit Lichtgeschwindigkeit (oder nach Abbremsung kurz darunter) in die selbe Richtung weiterbewegt. Auf der anderen Seite der Erde dürfte dann eigentlich nur Strahlung der unterschiedlichsten Art rauskommen. Und selbst wenn es zu Schockwellen kommt, dann müssten die Erdbeben verursachen - einen Krater dürfte es aber nicht geben. Oder was meinst du?

Gruß Senkel

Hi,

das Problem ist, das die Schockwellen schneller sind als die Kugel. Als Vergleich mag da dieses Dings dienen, das auf manchem Schreibtisch steht:



Die Kugeln am Ende der Reihe bewegen sich ziemlich langsam. Die kinetische Energie allerdings wird mit der Schallgeschwindigkeit des Mediums transportiert. Die Schallgeschwindigkeit innerhalb der Luft auf Meereshöhe ist natürlich bekannt und wesentlich geringer als 99 % der Lichtgeschwindigkeit; allerdings tritt bei Eintritt ein Verdichtungseffekt auf...

Ist ziemlich schwer in Formeln zu gießen, weil die meines Wissens entweder nicht öffentlich zugänglich sind oder zumindest für den Laien unsichtbar. Sowas lernt man nicht mal im Physikstudium; die entsprechenden Erkentnisse stammen aus Atombombentests (und ich weiß es wiederum nur durch das Interview mit dem Physiker). Vielleicht findet sich ja jemand, der wenigstens die kinetische Energie ausrechnen mag. Die Formel für Berechnung der auftretenden Energie findet sich bspw. hier:

http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/grundwissen/07reldyn/formeln.htm (Archiv-Version vom 26.03.2009)

Vielleicht findet sich Frank ja mal in dem Thread ein, der braucht bloß nen Taschenrechner und macht das aus dem Kopf. Aber heute hat er wohl besseres zu tun ;-)

@PHK
Jop, die blöde Kugel lässt mich in den letzten Tagen auch nicht mehr in ruhe. Auch wenn ich durch weihnachten recht wenig Zeit habe, denke ich immer wieder an die Kugel.. :D

Der Teilchenbeschleuniger war nur als Beispiel gedacht, weil man dort ja auch Atome mit annähernd c kollidieren lässt. Die Effekte die dabei auftreten, müsste man eigentlich auch auf die Kugel übertragen können.

Nachdem ich mir jetzt noch mal Gedanken darüber gemacht habe, vermute ich auch, dass es in die Richtung geht, die du im Post von 21:13 Uhr beschrieben hast.

Schockwellen, Aerodynamik, Kavitation und alles in diese Richtung, können wir glaub ich „vergessen“, denn diese haben ja alle was mit Verdrängung von Materie zu tun. Es kann sein, dass es zu diesen Effekten kommt, aber nur als „Nachwirkung“, weil die Kugel zu dem Zeitpunkt schon wieder ganz wo anders ist.
Ich glaube wir müssen die Auswirkungen auf Atomarer Ebene beobachten/beschreiben um da weiter zu kommen:
Wie oben schon beschrieben glaube ich, dass es bei dieser Geschwindigkeit zu keinerlei Verdrängung von Materie kommt. D.h. wenn die Kugel in die Atmosphäre eindringt, fliegen die Atome bzw. Atomkerne aus der Luft, einfach durch die Kugel hindurch, bis sie mit Atomen in der Kugel kollidieren. Es kann also gut sein, das die Luftatome mit Atomen aus dem kugelinneren kollidieren und nicht nur mit Atomen vom Kugelrand.
Im Prinzip stelle ich mir das ähnlich wie in einer Mikrowelle vor, wo ja auch das Essen von innen her erwärmt wird und nicht nur am Rand.
Genau so finden wohl auch die Kollisionen statt (am Rand UND im Inneren)
Was dann genau bei den Kollisionen passiert, weiß ich auch nicht aber ich vermute mal Kernspaltungen/-fusionen (oder beides) wodurch dann irgendwelche exotischen Teilchen oder Strahlungen entstehen. Mit den ersten Kollisionen wird der Kugel noch nicht viel passieren aber nach einer gewisse Zeit, werden dann wohl so viele Atome kollidieren dass die Kugel zerfällt oder gar explodiert.
Durch die hohe Geschwindigkeit wird dieser Zerfall bzw. Explosion aber wohl sehr punktuell ablaufen, also quasi in einem sehr schmalen „Trichter“, der einen sehr schmalen Ausbreitungswinkel hat.
z.B. wenn die 1cm Kugel in 100 km Höhe zerfällt/explodiert , hat der Explosions-/Zefallradius auf Bodenhöhe dann vielleicht einen Durchmesser von 2-3 cm oder so ähnlich (also wirklich kaum Ausbreitung) und das geht dann wohl auch unter der Erde so weiter, bis von der Kugel nur noch Strahlung übrig ist.
Was innerhalb dieses Radius vor sich geht, kann ich mir eigentlich gar nicht vorstellen aber auf Atomarer Ebene ist da wohl die Hölle los :D

Und dann, wenn die Kugel ein paar km unter der Erde schon komplett zerstrahlt ist, tauchen vielleicht Schockwellen oder ähnliches in der Atmosphäre oder sonst wo auf.

Jetzt fällt mir gerade noch die Analogie zu einem Blitz ein, die ich vor 2 Tagen hatte.
Ich könnte mir gut vorstellen, dass dieses „Kugel-Ereignis“ von außen betracht große Ähnlichkeiten mit eine Blitz haben könnte, der im Gegensatz zu natürlichen Blitzen absolut gerade verläuft.
Auch die Spuren, die ein Blitz im Erdboden hinterlässt (geschmolzenes und erstarrtes Gestein), könnten bei der Kugel so ähnlich aussehen. Selbst der Lichtblitz und der anschließende Donner/Druckwelle könnten so ähnlich zutreffen.

Das Erscheinungsbild eines Blitzes könnte da wirklich viele Ähnlichkeiten aufweisen.