Gdyby Księżyc uderzył meteorem o odpowiedniej wielkości, ile czasu zajmie uderzenie w Ziemię?

Odpowiedź na pytanie, jak dobrze byłoby Księżyc chronić Ziemię przed meteor? wspomina, że ​​Księżyc może zostać powalony na Ziemię.

Jaka jest najmniejsza zmiana na orbicie Księżyca od uderzenia dużego meteoru, który spowodowałby, że ostatecznie uderzyłby on w Ziemię (tj. „Krążąc w drenie”)? Jak by to wyglądało (minuty, godziny, dni, lata itp.)?

Jak powiedziało kilka osób, jest to niezwykle mało prawdopodobne. Jednym z powodów, dla których opisany efekt „krążącego drenażu” nie występuje tak naprawdę dla obiektów stałych o wiele mniej gęstych niż czarne dziury. Orbity nie są w ten sposób „niepewne”.

Załóżmy więc, że coś wystarczająco dużego i wystarczająco szybkiego, aby zauważalnie zmienić jego prędkość, ale niewystarczająco duże lub wystarczająco szybkie, aby go zniszczyć, uderzyło w Księżyc. Efektem byłoby przesunięcie Księżyca z jego obecnej niemal okrągłej orbity wokół Ziemi, na eliptyczną. W zależności od kierunku uderzenia, albo zbliżyłby się nieco bliżej Ziemi, niż teraz, raz na orbitę, lub nieco dalej (może również nieco przesunąć się na północ i południe). Ważne jest jednak to, że ten eliptyczny tor jest stabilny przynajmniej przez jakiś czas. Przypuśćmy, że zostanie uderzony na orbitę, która znajduje się 220000 mil od Ziemi w jej najbliższej odległości i 240000 mil w jej najdalszym miejscu, czyli tam, gdzie ma się zatrzymać. Nie „wkręci się”.

Przez wystarczająco długi czas w grę wchodzi również grawitacja Słońca i rzeczy mogą się nieco zmienić, ale jest to stosunkowo niewielki efekt.

Załóżmy teraz, że uderzenie było naprawdę duże, a może nastąpiła długa seria uderzeń (zaczynających wyglądać jak działania wroga ...), tak że najbardziej wewnętrzny punkt elipsy został ostatecznie sprowadzony na odległość kilku tysięcy mil od Ziemi , jakimś cudem nie rozbijając Księżyca na fragmenty w tym procesie. Z tej odległości zaczyna mieć znaczenie, że bliższa strona Księżyca jest bliżej Ziemi niż druga strona, tak że grawitacja Ziemi przyciąga ją silniej. Gdyby długo orbitował bliżej niż około 3000 km od powierzchni Ziemi (granica Roche'a), siły te ostatecznie rozdzieliłyby go na kawałki, a Ziemia prawdopodobnie miałaby ładny zestaw pierścieni przez krótki czas, zanim wewnętrzne kolizje między bitami spowodowały aby spadły na Ziemię i zabiły wszystkich.

Wreszcie załóżmy, że uderzenie (uderzenia) było (były) tak duże, że faktycznie umieściły Księżyc na orbicie eliptycznej, której najbardziej wewnętrzny punkt był tak blisko Ziemi, że Ziemia i Księżyc się dotknęły. Jest to oczywiście niemożliwe bez zniszczenia Księżyca, ale w takim przypadku Księżyc rzeczywiście uderzyłby w Ziemię. Czas uderzenia wynosiłby około 1/4 obecnego okresu obiegu księżyca, czyli około tygodnia.

Nie ma żadnej możliwości, że Księżyc zostanie zrzucony z orbity przez uderzenie asteroidy. W porównaniu z księżycem nawet duża asteroida typu Chicxulub ma bardzo małą masę, a kilka księżyców już uderzyło, ale jak widać, nie została zrzucona z orbity. Największa asteroida w pasie asteroid to Ceres o średnicy 500 mil. Jego masa jest bardzo mała w porównaniu z księżycem, ale jeśli cud spowodowałby, że wyskoczył z orbity w pasie asteroid, w połowie drogi do Jowisza i utworzył linię pszczół dla księżyca, uderzenie z prędkością 25 km na sekundę może po prostu wystarczy, aby wywołać bardzo nieznaczne wahanie na orbicie księżyca, ale nigdzie na tyle blisko, aby wysłać ją w kierunku Ziemi. Księżyc faktycznie oddala się od nas z prędkością kilku centymetrów rocznie.

Rozgrywane są tutaj dwa problemy, z których tylko jeden jest prawdziwy.

Możliwe jest obliczenie energii i pędu, jaki uderzenie asteroidy musiałoby przenieść na Księżyc, zakładając, że dwie solidne kule (klasyczne kulki bilardowe Newtona) uderzają się nawzajem (uderzenie bezpośrednie lub rzut oka). Z pewnością są przypadki, w których rezultatem byłby Księżyc wchodzący na orbitę, która uderzy w Ziemię.

Jednak na długo przed uderzeniem jest wystarczająco duże, aby poważnie poruszyć stały Księżyc, oba ciała przestają działać jak masy stałe i działają bardziej jak krople cieczy. Oni powitalny , rzucając zarówno stopione i solidną skałę w przestrzeń we wszystkich kierunkach przy różnych prędkościach.

Zasadniczo byłaby to mniejsza wersja wydarzeń, które według teorii miały powstać Księżyc, z protoplanetą wielkości Marsa (o nazwie Theia - h / o / w / t / h / e / y / d / i / s / c / o / v / e / r / e / d / i / t / s / n / a / m / e / i / d / o / n / '/ t / k / n / o / w) uderzające w bardzo młodą Ziemię. Zobacz artykuł w Wikipedii aby uzyskać porządny krótki opis i wskazówki do bardziej szczegółowych informacji.

Występują problemy z tą hipotezą jako wyjaśnieniem powstawania Księżyca, ale ogólne zarysy zostały szczegółowo modelowane i są dobrze zrozumiane w tym momencie. Uderzenie na tyle duże, aby poważnie przesunąć piłkę bilardową, Księżyc uwolniłoby bardzo dużą ilość energii i wyrzuciłoby bardzo dużą ilość skały w przestrzeń we wszystkich kierunkach.

Większość luźnych skał utworzyłaby wokół Ziemi pierścień planetarny, zanim zostaną schwytane przez resztki Księżyca. Wystarczająco dużo uderzyłoby w Ziemię, by być bardzo kłopotliwym. Nie widziałem żadnych szacunków dotyczących współczesnego strajku Księżycowego - to naprawdę sposób , daleko w dół na liście rzeczy, o które należy się martwić - ale szacunki z tyłu koperty mocno mnie podejrzewają, że będzie to bardzo dobry czas, aby dołączyć do marsjańskiej kolonii Elona Muska ...

Oto matematyka najszybszego scenariusza, w którym Księżyc nagle zatrzyma się na orbicie i spadnie prosto na Ziemię:

$m_1 = 7.342 \times 10^{22} kg$

$m_2 = 5.9723 \times 10^{24} kg$

$r = 356400000 m$

$G = 6.6743 \times 10^{-11} m^3/(kg \times s^2)$

$F = G \times m_1 \times m_2 / r^2 = 230.402.044.289.682.584.669 N$

$a_1 = F / m_1 = 0.00313813735 m/s^2$

$a_2 = F / m_2 = 0.00003857844 m/s^2$$a = a_1 + a_2 = 0.00317671579 m/s^2$

$\sqrt{r/a} = 334949 s = 3.88 days$

To nie całkiem 1,5 godziny (odpowiedź NoAnswer), ale także nie tydzień (odpowiedź Steve'a Lintona). Dodatkowo jest to górna granica (na dolnej granicy, duh), ponieważ przyspieszenie wzrośnie w miarę zbliżania się Księżyca do Ziemi.

Odpowiedź na pytanie jest taka sama, jak w przypadku NoAnswer, ale dla różnych liczb: Wszystko między dolną granicą (mniej niż 4 dni) a nieskończonością (zakładając, że niestabilne orbity można osiągnąć, nie całkowicie deorbitując Księżyc za jednym razem).

TL; DR: Wszystko pomiędzy 1,5 godziny a nieskończonością.

Załóżmy, że Księżyc zostanie uderzony w swoim perygeum przez obiekt o tej samej masie i prędkości, ale przeciwny do kierunku ruchu w stosunku do Ziemi.

Załóżmy również, że spora część gruzu pozostawiona przez to kolosalne uderzenie pozostanie w ostatniej znanej pozycji Księżyca, ale przy zerowej prędkości orbity. (Może uderzająca asteroida została wykonana z sera?) Ta część gruzu będzie dla celów tej odpowiedzi „księżycem”.

Następnie po incydencie „księżyc” spadnie w kierunku Ziemi, przyspieszony siłą około 1G. Wynika to z faktu, że grawitacja nie zmniejsza się znacznie dla danej odległości, a 1G to siła wywierana przez Ziemię. W rzeczywistości „księżyc” również wywiera siłę, ale dla uproszczenia załóżmy, że anuluje on jedynie wpływ odległości.

Przyspieszenie księżyca wynosi zatem około 9,81 m / s² przy początkowej odległości perygeum księżyców (~ 270 000 km, jeśli dobrze pamiętam, będąc zbyt leniwym, żeby to sprawdzić na Wikipedii). Jeśli się nie mylę, „księżyc” zajmie (sqrt (odległość / przyspieszenie) = 5246,23 sekund) około 1,5 godziny, aby dotrzeć do Ziemi. Może będzie nieco mniej dla promienia Ziemi. Przybędzie także z prędkością przekraczającą Mach 50 i tym samym faktycznie „uderzy” w atmosferę ziemską, tj. Doświadczy rezystancji równoważnej barierze akustycznej plus ekstremalne ogrzewanie kompresyjne, które może ją rozerwać.

Jest to najszybszy sposób na uderzenie Księżyca, a następnie rozbicie go na Ziemię. Jednak pytanie zadawano najwolniej: Cóż, zmniejszając masę i / lub prędkość asteroidy uderzającej w księżyc, możemy „dostroić” efekt, aby zabrał jakiś czas między 1,5 godziny (całkowite zatrzymanie na Ziemi / orbita, patrz wyżej) i nieskończoność (wciąż posiadająca stabilną orbitę). W przypadku katastrof księżycowych później niż 1,5 godziny po początkowym uderzeniu księżyc musiałby zostać umieszczony na niestabilnej orbicie, np. Raz na jakiś czas krążącej wokół obszarów o niskiej gęstości w atmosferze ziemskiej.

Również inne odpowiedzi wspominały, w jaki sposób księżyc może zostać zniszczony lub rozerwany podczas deorbitacji, co zdecydowanie ma zastosowanie. Chciałem tylko skupić się na aspekcie osi czasu.

Twierdziłbym, że dolny limit opóźnienia uderzenia wynosi około 1,3 sekundy.

Każde uderzenie, które pozostawiłoby Księżyc w spoczynku względem Ziemi (patrz poprzednie odpowiedzi), również, hm, strukturalnie zakłóciłoby Księżyc. Z kolei zamień go w rozszerzającą się chmurę oparów i gruzu, z których niektóre uderzą w Ziemię wcześniej, niektóre z nich utworzą pierścień, a niektóre uciekną do reszty Układu Słonecznego (lub z niego wylecą). (Nie jestem pewien, jak dobrze poradziłaby sobie nawet kolonia Marsa Elona po wielkiej kolizji).

Jeśli więc pozwalamy na zakłócenia, po prostu uderz w Księżyc zbieżnym rojem ultrarelatywistycznych impaktorów. Zasadniczo zamieniają Księżyc w gigantyczny ładunek. Wprowadź energię, którą chcesz wybrać, od prędkości uzyskanego strumienia, do prędkości światła minus minus margines. Aby zobaczyć wizualizację wynikającego z tego uderzenia, spójrz na jedno z zatrzymanych zdjęć pocisku uderzającego w jabłko ...