Если бы на Луну воздействовал метеор подходящего размера, сколько времени потребуется, чтобы воздействовать на Землю?

Ответ на вопрос о том, насколько хорошо бы Луна защитить Землю от метеора? упоминает как вероятность того, что Луна может попасть в Землю.

Каково наименьшее изменение орбиты Луны от воздействия большого метеорита, который мог бы в конечном итоге воздействовать на Землю (то есть «кружить вокруг стока»)? Какой график будет выглядеть (минуты, часы, дни, годы и т. Д.)?

Как говорили несколько человек, это невероятно маловероятно. Частично причина в том, что описанный вами эффект «кругового слива» на самом деле не возникает для твердых объектов, гораздо менее плотных, чем черные дыры. Орбиты не являются "ненадежными" в этом смысле.

Итак, предположим, что что-то достаточно большое и быстрое, чтобы заметно изменить его скорость, но недостаточно большое или быстрое, чтобы разрушить его, действительно ударило по Луне. Эффект будет состоять в том, чтобы сдвинуть Луну с ее нынешней почти круговой орбиты вокруг Земли на эллиптическую. В зависимости от направления удара, он мог бы или приблизиться к Земле немного ближе, чем сейчас, один раз на орбиту, или немного дальше (это также может немного повернуть на север и юг). Что важно, так это то, что эта эллиптическая дорожка устойчива хотя бы некоторое время. Предположим, он попадет на орбиту, которая находится в 220000 милях от Земли в ее ближайшем и 240000 миль в самом дальнем, то есть там, где он и останется. Это не будет "спираль в".

В течение достаточно продолжительного периода времени гравитация Солнца также вступает в игру, и все может немного измениться, но это относительно небольшой эффект.

Теперь предположим, что удар был действительно велик, или, возможно, произошел длинный ряд ударов (начинающих выглядеть как действия противника ...), так что внутренняя точка эллипса была в конечном счете опущена в пределах нескольких тысяч миль от Земли Каким-то чудесным образом не разбивая Луну на осколки в процессе. На этом расстоянии начинает иметь значение, что ближняя сторона Луны ближе к Земле, чем дальняя сторона, так что гравитация Земли притягивает ее сильнее. Если бы она долго находилась на орбите ближе, чем около 3000 км к поверхности Земли (предел Роша), то эти силы в конечном итоге разорвали бы ее на части, и Земля, вероятно, на короткое время имела бы симпатичный набор колец, прежде чем внутренние столкновения между битами вызвали их обрушить на землю и убить всех.

Наконец, предположим, что воздействие (я) было (было) настолько велико, что они фактически вывели Луну на эллиптическую орбиту, внутренняя точка которой была настолько близка к Земле, что коснулись Земли и Луны. Это явно невозможно без разрушения Луны, но в этом случае Луна действительно ударит по Земле. Время воздействия будет примерно 1/4 от текущего орбитального периода Луны, то есть около недели.

Нет никакой вероятности того, что Луна будет выбита с орбиты ударом астероида. По сравнению с Луной даже большой астероид типа Чиксулуб имеет очень маленькую массу, и некоторые из них уже ударили Луну, но, как вы можете видеть, она не была выбита с орбиты. Самый большой астероид в поясе астероидов - это Церера, диаметром 500 миль. Его масса очень мала по сравнению с Луной, но если чудо заставило его выпрыгнуть с орбиты в поясе астероидов, на полпути к Юпитеру, и сделать пчелиную линию для Луны, удар со скоростью 25 км в секунду мог бы просто быть достаточно, чтобы произвести очень легкое колебание на орбите луны, но не достаточно близко, чтобы отправить его к Земле. Луна фактически удаляется от нас со скоростью несколько сантиметров в год.

Здесь есть две проблемы, только одна из которых реальна.

Можно рассчитать энергию и импульс, которые удар астероида должен будет перенести на Луну, предполагая, что два сплошных шара (классические ньютоновские бильярдные шары) ударяются друг о друга (либо прямой удар, либо скользящий удар). Конечно, есть случаи, когда в результате Луна выйдет на орбиту, которая ударяет Землю.

Однако задолго до того, как удар будет достаточно большим, чтобы серьезно перемещать твердую Луну, оба тела перестают действовать как твердые массы и действуют больше как капли жидкости. Они плещутся , выбрасывая расплавленную и твердую скалу в космос во всех направлениях с различными скоростями.

По сути, это была бы уменьшенная версия событий, которые, согласно теории, сформировали Луну в первую очередь, с протопланетой размером с Марс (названной 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 / о / з) поражение очень молодой Земли. См. Статью в Википедии для краткого описания и указателей для более подробной информации.

Есть проблемы с этой гипотезой в качестве объяснения формирования Луны, но широкие очертания были смоделированы в деталях и хорошо понятны на данный момент. Удар, достаточно большой, чтобы серьезно сдвинуть бильярдный шар, Луна высвободит очень большое количество энергии и выбросит в космос очень большое количество камней во всех направлениях.

Большая часть рыхлой скалы сформирует планетарное кольцо вокруг Земли, прежде чем будет захвачена остатками Луны. Достаточно было бы ударить Землю, чтобы быть серьезно неприятным. Я не видел никаких оценок для современного лунного удара - это действительно далеко , далеко внизу списка вещей, о которых нужно беспокоиться - но оценки за пределами конверта заставляют меня сильно подозревать, что это будет очень хорошее время, чтобы присоединиться к марсианской колонии Элона Маск ...

Вот математика для самого быстрого сценария, в котором Луна внезапно перестает вращаться и падает прямо на Землю:

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

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

$r = 356400000 m$

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

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

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

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

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

Это не совсем 1,5 часа (ответ NoAnswer), но и не неделя (ответ Стива Линтона). Плюс, это верхняя граница (на нижней границе, дух), потому что ускорение будет увеличиваться, когда Луна приближается к Земле.

Ответ на этот вопрос такой же, как у NoAnswer, но для других чисел: все, что находится между нижней границей (менее 4 дней) и бесконечностью (при условии, что нестабильные орбиты могут быть достигнуты путем не полного снятия орбиты Луны за один выстрел).

TL; DR: что-нибудь между 1,5 часами и бесконечностью.

Давайте предположим, что луна будет поражена в своем перигее объектом той же массы и скорости, но противоположного направления движения относительно Земли.

Давайте также предположим, что значительная часть мусора, оставленная этим колоссальным ударом, останется в последней известной позиции Луны, но с нулевой орбитальной скоростью. (Может быть, ударный астероид был сделан из сыра?) Этот кусок мусора будет «луной» для целей этого ответа.

Далее после инцидента «луна» резко упадет к Земле, ускоренная силой около 1G. Это связано с тем, что сила тяжести не сильно уменьшается на данном расстоянии, а 1G - это сила, действующая на Землю. На самом деле «луна» также оказывает силу, но для простоты, давайте предположим, что она только отменяет эффект расстояния.

Таким образом, ускорение Луны составляет около 9,81 м / с ² с начальным расстоянием перигея лун (~ 270 000 км, если я правильно помню, из-за того, что слишком ленив, чтобы искать его в Википедии). Если я не ошибаюсь, для достижения Земли "Луна" (sqrt (расстояние / ускорение) = 5246,23 секунды) займет около 1,5 часов. Может быть, это будет немного меньше для радиуса Земли. Он также прибудет со скоростью, превышающей Маха 50, и, таким образом, фактически «воздействует» на атмосферу Земли, то есть испытывает сопротивление, эквивалентное звуковому барьеру, плюс экстремальное сжимающее нагревание, которое может разорвать его на части.

Это самый быстрый способ воздействия Луны на Землю. Однако вопрос задали для самого медленного пути: ну, уменьшив массу и / или скорость астероида, воздействующего на Луну, мы можем «подстроить» эффект, чтобы он происходил в любое время между 1,5 часами (полная остановка относительно Земли / орбита, см. выше) и бесконечность (все еще имея стабильную орбиту). При падении луны спустя 1,5 часа после первоначального удара Луну нужно будет выводить на нестабильную орбиту, например, время от времени вращаться по областям с низкой плотностью земной атмосферы.

Также в других ответах упоминались способы разрушения или разрыва Луны в процессе ее разборки, что определенно применимо. Я просто хотел сосредоточиться на аспекте графика.

Я бы сказал, что нижний предел задержки удара составляет где-то около 1,3 секунды.

Любое воздействие, которое оставило бы Луну в покое относительно Земли (см. Предыдущие ответы), также, структурно, разрушило бы Луну. Например, превратите его в расширяющееся облако пара и мусора, некоторые из которых ударили бы по Земле раньше, а некоторые образовали бы кольцо, а некоторые из них могли бы вылететь (или выйти) из остальной части Солнечной системы. (Я не уверен, насколько хорошо будет даже колония Элона на Марсе после большого столкновения.)

Итак, если мы допускаем разрушение, просто попадайте на Луну сходящимся рой ультрарелятивистских ударников. Они по существу превращают Луну в гигантский кумулятивный заряд. Наберите энергию, которую вы хотите, чтобы выбрать скорость результирующей струи, вплоть до скорости света-минус небольшой запас. Для визуализации полученного удара посмотрите одну из этих фотографий с паузой, попавшей в яблоко ...