Question

彗星——拖著長長的尾巴，時(shí)而出現(xiàn)于黎明的東方，時(shí)而劃破晴夜的長空.對于彗星的觀察，我國從殷商時(shí)代就有了關(guān)于彗星的觀察記錄，并為后人留下了珍貴的資料，其中在《春秋》中記載的觀察彗星的資料，被公認(rèn)為是世界上哈雷彗星的最早記錄，比歐洲關(guān)于彗星的記錄早了幾百年.在西方研究彗星的眾多科學(xué)家中，英國物理學(xué)家哈雷對彗星的研究最為深入，他不僅對彗星進(jìn)行天文觀察，而且還對彗星的軌道進(jìn)行了定量的計(jì)算，1705年，他在《彗星天文學(xué)》一書中計(jì)算了彗星的24個(gè)軌道.在現(xiàn)在已知的1 600顆彗星中，人們對其中的600顆已確定了它們的軌道.

下面是關(guān)于彗星的幾個(gè)問題：

（1）經(jīng)過觀察與研究，人們發(fā)現(xiàn)彗星繞太陽運(yùn)行的軌道一般為橢圓、拋物線或雙曲線.彗星軌道的形狀是由彗星的能量所決定的.試問著名的哈雷彗星的運(yùn)行軌道是橢圓，還是拋物線，還是雙曲線？為什么？

（2）據(jù)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，彗星是由稀薄氣體、冰凍團(tuán)塊、甲烷、氨、干冰等組成.彗星中還有含鉀、鈣、錳、鈉和鐵等物質(zhì)，試說明人們是運(yùn)用什么方法知道彗星中含有上述物質(zhì)的？

（3）1994年，曾經(jīng)發(fā)生了一個(gè)轟動(dòng)世界的天文奇觀，一顆命名為“蘇梅克—列維9號(hào)”的彗星斷裂成了21塊（其中最大的一塊線度約4 km），以60 km/s的速度連續(xù)地向木星撞去，這就是著名的彗—木相撞現(xiàn)象.蘇梅克—列維9號(hào)彗星中的第一塊碎片于格林尼治時(shí)間7月16日20時(shí)15分落入木星大氣層向木星撞去，撞擊后產(chǎn)生的多個(gè)火球綿延近1 000 km.設(shè)想蘇梅克—列維9號(hào)彗星分裂時(shí)有一塊碎塊的質(zhì)量為10¹² kg，它相對于木星的速度為600 m/s，求它與木星相撞過程中損失的機(jī)械能為多少？

（4）蘇梅克—列維9號(hào)彗星中的第一個(gè)碎塊于格林尼治時(shí)間7月16日20時(shí)15分落入木星大氣層向木星撞去，放出了相當(dāng)于8×10²⁰ J的巨大能量.已知一個(gè)鈾235裂變時(shí)可放出約200 MeV的能量，試估算：蘇梅克—列維9號(hào)彗星中的第一個(gè)碎塊與木星相撞所釋放的能量相當(dāng)于多少千克的鈾235發(fā)生了裂變？

Answer 1

解析：（1）哈雷彗星是一顆周期彗星，人們最近的一次觀察到它是在1986年，預(yù)計(jì)在2062年哈雷彗星會(huì)再一次光臨地球“做客”.哈雷彗星的周期為76年，由此可見哈雷彗星的運(yùn)行軌道應(yīng)該是橢圓.

（2）當(dāng)彗星造訪地球時(shí)，可以對其進(jìn)行光譜分析，通過對彗星光譜的分析，我們可以知道彗星中含有鉀、鈣、鈉、鐵等物質(zhì).

（3）這個(gè)彗星碎塊與木星相撞的過程中損失的機(jī)械能等于其與木星相碰前瞬間的動(dòng)能，則有ΔE==10¹²×J=1.8×10¹¹ J.

（4）我們先計(jì)算一個(gè)鈾235裂變放出的核能是多少焦？ΔE=2×10⁸×1.6×10^-19 J，我們再計(jì)算多個(gè)鈾235裂變后可放出8×10²⁰ J的能量，即n==2.5×10³1（個(gè)），則約相當(dāng)于發(fā)生裂變的鈾的質(zhì)量

m=235×10^-3×=9.8×10⁶ kg

答案：（1）橢圓（2）光譜分析（3）1.8×10¹⁷ J（4）9.8×10⁶ kg