Vuonna 1958 ilmestyneessä tarinassa Roope-setä rahapulassa (W DISBP 1-03 The Forbidium Money Bin) Pelle on rakentanut Roope-sedälle pyöreän rahasäiliön vahviasta, ”maailman lujimmasta metallista”.
Suomennoksessa metallin ominaisuuksia ei availla sen enempää. Alkukielellä vahviaa kutsutaan nimellä forbidium ja Pelle valottaa sen olevan "the toughest metal that can be made from the known elements of the Earth". Eli vahvia on kovin metalli, joka on mahdollista valmistaa maapallolla tunnetuista alkuaineista. Siitä voimme päätellä, että se on ehkä useiden eri metallien sekoitus, eli lejeerinki tai niin kutsuttu superseos (superalloy), jota on voitu vahvistaa joillakin tarkemmin määrittelemättömillä alkuaineilla. Esimerkiksi liuoslujituksessa metalliin seostetaan aineita, jotka vahvistavat metallin hilarakennetta. Vahviaan ei mikään pora pysty, eikä niin kuumaa hitsausliekkiä ole olemassakaan, joka sitä pystyisi sulattamaan.
Roope unohtaa (tietenkin) säiliön lukon numeroyhdistelmän ja jotta rahoihin päästäisiin jälleen käsiksi on Pellen löydettävä jostain ainetta, joka on vahviaakin vahvempaa. Pellen mielestä sitä voisi löytää Kuuhun törmänneistä meteoriiteista. Rakennetaan siis pikavauhtia avaruusraketti ja riennetään Kuuhun. Rakettiinsa Pelle on asentanut ilmaisimen, joka kilauttaa kelloa heti, kun se havaitsee jotain epätavallista mineraalia. Pian löydetäänkin erään meteoriitin sisältä erikoinen möhkäle tunnistamatonta ainetta, joka on niin kovaa, ettei hitsausliekki eikä edes vahviasta tehty pora siihen pysty. Pelle arvelee sen olevan muinaisen komeetan tiivistynyt ydin.
Murikka nostetaan mukaan raketin ruumaan ja niin lähdetään taas kohti Maata ja Ankkalinnaa. Vasta matkan aikana Pellen mieleen juolahtaa, ettei erikoista materiaalia voi työstää millään tavalla, yksikään työkalu ei ole kyllin kova sen käsittelyyn. Kaiken kukkuraksi mötikkä on mitä ilmeisimmin äärimmäisen tiheää ja painavaa ainetta. Maan vetovoiman piiriin tultua sen paino lisää raketin lähestymisnopeutta Maan ilmakehään niin, että koko alus uhkaa ilmakehän kitkan vuoksi syttyä tuleen. Murikka on sen vuoksi heivattava pois kyydistä. Se sukeltaa kohti maata kuin meteori, mutta ilmakehään syöksyminen ei saa sitä edes hehkumaan.
Kiihtyvää vauhtia ilmakehään saapuva meteori tavallisesti kuumenee kompressoituneen ilman ja kitkan vaikutuksesta siinä määrin, että se yleensä sulaa ja höyrystyy pois. Meteorit kuumenevat yli 1700 celsiusasteeseen, minkä vuoksi maahan saakka päätyneet meteoriitit sisältävät vain hyvin kovia ja tiheitä aineita, jotka kestävät erittäin korkeita lämpötiloja. Meteoriiteissa on esimerkiksi iriudimia, joka on maan pinnalla suhteellisen harvinaista. Se on hyvin tiheää metallia, jonka sulamispiste on 2446 celsiusastetta. Siinä mielessä Pellen ajatus erityisen kovien aineiden löytymisestä meteoriittien sisältä on hyvinkin looginen. Pellen ja Roopen löytämä murikka ei tässä tilanteessa sula, eikä hajoa edes maahan pudotessaan. Ja tietysti se iskeytyy Roopen rahasäiliöön!
Ja koskapa möhkäle oli forbidiumiakin kovempaa ainetta, se totta kai murskasi Roopen säiliön ja viskoi sen sisällön ympäriinsä. Törmäys ei kuitenkaan muodosta kraatteria eikä se myöskään näytä aiheuttavan kuumuutta, joka sulattaisi säiliön sisällä olevat kolikot. Mitä ilmeisimmin vahviasta tehty kupoli absorboi murikan aiheuttaman törmäysenergian miltei kokonaan, vaikkei kestänytkään ehjänä. Tarinan lopputilanteessa ankkalinnalaiset keräilevät iloisina törmäyksen ympäriinsä sinkoamia kolikoita astioihinsa ja kottikärryihinsä.
Miten kovaa oli Pellen ja Roopen Kuusta löytämä aine? Sehän ei palanut edes ilmakehään syöksyessään. Mikä oli löydetyn aineen tiheys ja massa? Kuinka voimakas oli sen impakti kun se iskeytyi rahasäiliöön?
Voimme olettaa, että kuusta löytynyt mötikkä on äärimmäisen tiheää materiaalia. Osmium on tihein ja painavin maasta löytyvä metalli, litra sitä painaa 22,6 kg. Sarjakuvaruudun piirroksesta voimme karkeasti arvioida meteorimöhkäleen kooksi ehkä kuutiometrin. Mikäli löytynyt meteorimöhkäle on yhtä tiheää kuin osmium, voidaan murikan painoksi helposti laskea vähintään noin 22,6 tonnia (1 kuutiometri = tuhat litraa). Vertailun vuoksi: painavaksi tunnettu lyijy painaa 11,3 kiloa litra ja puhdas kulta 19,3. Osmiumin sulamispiste on 3033 °C, eli se ei ainakaan sula ilmakehään törmätessään.
Myös iridium on erittäin lujaa ainetta: kuutiometri sitä painaa noin 22,4 tonnia. Sen sulamispiste on hiukan alhaisempi, 2446 °C. Ehkä meteoriitissa on sekaisin monia eri aineita. Joka tapauksessa se painaa useita kymmeniä tonneja. Vertailun vuoksi mainittakoon, että kuutio tavallista rautaa painaa ainoastaan 7,9 tonnia.
Hitsausliekin kuumuus voi yltää 3200 celsiusasteeseen. Osmium alkaisi jo sulaa tässä lämpötilassa, joten on helppo todeta, että kuumeteoriitti on osmiumiakin tiheämpää ainetta. Kenties Pellen arvelu möhkäleen kosmisesta alkuperästä on oikeaan osunut. Erittäin tiheitten neutronitähtien massa on kirjaimellisesti tähtitieteellinen. Teelusikallinen neutronitähteä painaisi Maan pinnalla 90 miljoonaa tonnia. Joka tapauksessa voidaan päätellä Pellen ja Roopen löytämän mötikän syntyneen erittäin suuren paineen alaisena. Neutronitähden palanen se ei nyt sentään ole, sillä kuutiometrin kokoinen pala sitä olisi repinyt Kuun pieniksi murusiksi siihen törmätessään. Mutta murikka mitä ilmeisimmin on jotain, mitä ei ainakaan Maan kuoresta voida löytää.
Pelle nostaa möhkäleen rakettiinsa teräsvaijerien varassa. Kuvassa näkyvien kaapelien paksuutta voi arvioida vertaamalla sitä piirroksessa vaikkapa Pellen peukaloon. Mikäli vaijeri on halkaisijaltaan noin 2 cm paksua, se pystyy katkeamatta nostamaan suunnilleen kolme tonnia, vaijerin rakenteesta riippuen. Tästä johtuen arvioimme siis meteoriittimöhkäleen painavan Kuussa jokseenkin sen verran. Kuun painovoima on 1/6 Maan painovoimasta, jolloin Kuussa 3000 kiloa painava objekti painaisi maan pinnalla 6 x 3000 = 18 tonnia. Pelle epäilemättä käyttää jotain keksimäänsä erikoisvahvaa vaijeria, joka pystyy nostamaan painavampiakin kappaleita. Kuusta noudetun möhkäleen paino Maan pinnalla olisi siis melko varmasti yli 20 000 kiloa.
Meteoriitin impaktin voimakkuus riippuu painon lisäksi sen tulokulmasta ja vauhdista ilmakehään saapumisen aikaan. Kuvasta voidaan arvioida meteorin tulokulmaksi noin 50 astetta. Näin jyrkässä kulmassa Maahan saapuvan objektin nopeus voi olla ainakin 15 kilometriä sekunnissa. Sen nopeus kuitenkin hidastuu jarruttavan ilmakehdän vuoksi melko nopeasti. Tavallisesti tällaisen kohteen nopeus on jo parinkymmenen kilometrin korkeudella maanpinnasta hidastunut tavalliseksi vapaaksi putoamiseksi. Viimeisillä kilometreillä se on enää alle sata metriä sekunnissa. Sillä nopeudella se myös iskeytyy maahan.
Pelle Peloton ja Roope ovat tietyssä mielessä tuottaneet - tahattomasti toki - kosmisen mittakaavan Leebin kovuuskokeen (Leeb rebound hardness test) Vahvia-materiaalille. Leebin kovuusmittauksessa materiaalin pintaan törmäytetään kuula, jonka nopeus mitataan ennen osumaa ja pinnasta kimpoamisen jälkeen. Koekappaleen kokeessa absorboima energia edustaa koekappaleen dynaamista Leebin kovuutta. (Wikipedia)
Impaktin voimakkuus jouleina voidaan laskea kaavalla: liike-energia = (1/2)MV², jossa M = kappaleen massa ja V = nopeus juuri ennen iskeytymistä. Kaavassa tarvittaviin muuttujiin ei kuitenkaan ole saatavissa täsmällisiä suureita. Teoriassa tätä kautta kuitenkin olisi mahdollisuus laskea ainakin likimääräisesti forbidiumin vahvuus. Rahasäiliö selvästikin absorboi rakenteisiinsa suurimman osan törmäyksen voimasta, koska törmäys ei tuottanut mitään nähtävää kraatteria.
Kuvatun kaltaisen projektiilin törmäysvoimasta olisi pitänyt syntyä halkaisijaltaan noin 300 metriä laaja ja 70 metriä syvä kraatteri.¹ Materiafysiikkaan kuuluvien lujuuslaskelmien pohjalta pitäisi pystyä määrittelemään sellaisen materiaalin kovuus, joka pystyy mitätöimään tietyn vahvuisen iskuaallon suunnattoman voiman. Forbidium/vahvia murtuu, mutta kaikki törmäysenergia nähtävästi vaimenee sen rakenteisiin, mikä kuuluu jopa ääniefektissä: se on pelkkä "poing", eikä esimerkiksi "kaboom".
Lue lisää Pelle Pelottoman keksinnöistä uudesta kirjasta Keksintöjä Ankkalinnasta!
1 impact.ese.ic.ac.uk/ImpactEarth/ImpactEffects/
Eri aineiden voluumista ja painosta:
www.aqua-calc.com/calculate/volume-to-weight
https://fi.wikipedia.org/wiki/Leebin_kovuuskoe
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti