В новом выпуске программы StarTalk астрофизики Нил Деграсс Тайсон и Чарльз Лю разбирают физику спортивных достижений в экстремальных условиях: от футбольных полей Катара до кратеров Луны и атмосферных слоев Юпитера. Участники дискуссии анализируют, как гравитация, плотность воздуха и даже влажность определяют пределы человеческих возможностей.
🖖 Спорт будущего и загадки «Звездного пути» 1:25
Обсуждение началось с вопроса слушателя о вымышленном спорте из вселенной Star Trek под названием «Квадраты Паризи» (Parisi's Squares). Чарльз Лю, которого Тайсон называет «главным гиком», пояснил, что, хотя этот спорт часто упоминается в сериале (впервые в сезоне 1, эпизод 11001001), его правила никогда не показывались на экране полностью .
Основные факты о «Квадратах Паризи», собранные Лю:
- Команды состоят из четырех человек.
- Игроки используют защитную экипировку, напоминающую форму для лакросса .
- Главный атрибут — «ионный молот» (ion mallet).
По мнению Лю, ионный молот может быть энергетической версией мифологического молота Тора. Он предполагает, что использование ионов позволяет менять эффективную площадь удара без увеличения физического размера инструмента, что удобно для хранения спортинвентаря на космических кораблях . Лю также отметил, что в сюжетах Star Trek этот спорт описывается как крайне опасный: в одном из эпизодов голографическая дочь Доктора на корабле «Вояджер» якобы погибает во время игры .
🔨 Плотность Мьёльнира: 300 миллионов слонов 6:29
Нил Деграсс Тайсон поделился историей своего «астрофизического поражения» в споре о весе молота Тора. Изначально Тайсон рассчитал массу Мьёльнира, исходя из фразы «выкован в сердце умирающей звезды» .
Его расчеты базировались на следующих данных:
- Если молот сделан из вещества нейтронной звезды.
- При объеме стандартной реплики молота, его масса составила бы эквивалент стада из 300 миллионов слонов .
Однако фанаты комиксов указали Тайсону на коллекционную карточку Marvel 1991 года, где указан точный вес Мьёльнира — 42,3 фунта (около 19,2 кг) . Тайсон с юмором признал, что его версия «гораздо лучше», а Лю добавил, что 42 фунта — это, вероятно, вес только на Земле, либо же предмет обладает магическим свойством «достойности», которое определяет его эффективную массу .
🌕 Прыжки в высоту и метание копья на Луне 9:49
При анализе прыжков в высоту на Луне (где гравитация составляет 1/6 земной), возник научный спор о результативности атлетов.
Чарльз Лю предположил, что при мировом рекорде на Земле в 8 футов (2,44 м), на Луне прыжок будет в 6 раз выше — 48 футов (около 14,6 м) . Нил Деграсс Тайсон оспорил этот расчет, указав на необходимость учитывать центр масс атлета :
- Если рост прыгуна 7 футов, его центр масс находится на высоте 3,5 фута.
- На Земле атлет поднимает свой центр масс всего на 4,5 фута, чтобы преодолеть планку в 8 футов.
- На Луне линейно увеличится (в 6 раз) только эта прибавка (4,5 * 6 = 27 футов).
- Итоговая высота прыжка составит около 30,5 футов (9,3 м), а не 48 футов .
Тайсон также отметил, что техника прыжка радикально изменится. Из-за длительного времени нахождения в полете (в 6 раз дольше), атлету придется начинать прыжок гораздо дальше от планки, так как его траектория превратится в широкую параболу .
Что касается метания копья, то на Луне отсутствие сопротивления воздуха сделает снаряд слишком опасным. На Земле копья проектируют с учетом аэродинамического сопротивления, чтобы они не вылетали за пределы стадиона . На Луне, по мнению Тайсона, придется либо увеличивать массу копья (превращая его в «маленькое дерево»), либо строить стадионы колоссальных размеров .
🪐 Квиддич на Юпитере и гольф на астероидах 15:03
Обсуждая командные виды спорта на газовых гигантах, ученые сошлись во мнении, что традиционный футбол на Юпитере невозможен из-за отсутствия твердой поверхности и огромного давления.
По словам Чарльза Лю:
- Юпитер состоит из жидкого металлического водорода под плотной атмосферой .
- Единственный вариант спорта там — некое подобие квиддича на летательных аппаратах в верхних слоях атмосферы .
- Игрокам потребуются противогазы из-за высокого содержания метана и аммиака .
На малых телах (кометах и астероидах) возникает другая проблема — низкая вторая космическая скорость. Тайсон утверждает, что любой быстрый мяч (например, фастбол бейсболиста Джейкоба деГрома) просто улетит в открытый космос или выйдет на орбиту, никогда не приземлившись .
⛳️ Физика гольфа: Колорадо против Эвереста 24:16
Слушатель-гольфист поинтересовался, почему в Колорадо мяч летит на 10% дальше. Тайсон пояснил, что основная причина — разреженный воздух, но подчеркнул важный нюанс относительно влажности. Вопреки распространенному мнению, высокая влажность делает воздух менее плотным, так как молекула воды ($H_2O$) легче, чем молекулы азота ($N_2$) или кислорода ($O_2$), которые она вытесняет .
Чарльз Лю привел цифры изменения плотности атмосферы:
- На высоте 4000 метров (Мауна-Кеа) плотность составляет 60% от уровня моря .
- На вершине Эвереста плотность падает до 35% .
Однако бесконечно увеличивать дальность удара с высотой не получится. Тайсон отметил, что ямочки на мяче для гольфа работают за счет взаимодействия с воздухом, создавая подъемную силу. В слишком разреженной атмосфере мяч перестанет «планировать» и начнет падать быстрее, что нивелирует преимущество низкой плотности .
🏃♂️ Предел человеческих рекордов 31:09
Отвечая на вопрос 14-летней Виолетты (постоянной слушательницы под ником «Astrophysicid»), ученые обсудили, наступит ли момент, когда рекорды перестанут биться.
Чарльз Лю считает, что первым своего физиологического предела достигнет тяжелая атлетика . Он также предположил, что в будущем борьба за мировые рекорды переместится в область сотых и тысячных долей секунды благодаря более точным датчикам .
Тайсон и Лю обсудили влияние физиологии на спорт на примере легендарных чемпионов:
- Усейн Болт: его уникальное телосложение (длинные ноги, высокий рост) изменило представление о спринте, где раньше доминировали более приземистые атлеты .
- Майкл Фелпс: его пропорции тела (длинный торс) также являются примером биологической адаптации к виду спорта .
⚽️ Чемпионат мира в Катаре: тепловой удар в цифрах 39:49
Гэри О'Рейли представил анализ условий ЧМ-2022 в Катаре. Несмотря на перенос турнира на зиму, условия для игроков остаются экстремальными.
Статистика по Катару (ноябрь-декабрь):
- Средняя температура: 85°F (29,4°C) .
- Влажность: 66–71% .
- Тепловой индекс (ощущаемая температура): 91,4°F (33°C) в тени .
- На прямом солнце при физической нагрузке тепловой индекс для атлета может достигать 106°F (41,1°C) .
О'Рейли утверждает, что температура поверхности поля в Дохе будет близка к 100°F (37,7°C) из-за отсутствия ветра в плотной городской застройке . По его мнению, это вынудит FIFA вводить обязательные перерывы на гидратацию и расширять составы команд для частых замен .
