Nếu Mặt trăng bị tác động bởi một thiên thạch có kích thước phù hợp, sẽ mất bao lâu để tác động đến Trái đất?

Một câu trả lời cho câu hỏi Mặt trăng sẽ bảo vệ Trái đất khỏi Thiên thạch như thế nào? đề cập đến khả năng Mặt trăng có thể bị đánh sập vào Trái đất.

Sự thay đổi nhỏ nhất đối với quỹ đạo của Mặt trăng khỏi bị tác động bởi một thiên thạch lớn sẽ khiến nó cuối cùng tác động đến Trái đất (tức là "vòng quanh cống")? Dòng thời gian đó sẽ trông như thế nào (phút, giờ, ngày, năm, v.v.)?

Như nhiều người đã nói, điều này là không thể tin được. Một phần lý do tại sao hiệu ứng "khoanh tròn cống" mà bạn mô tả không thực sự xảy ra đối với các vật thể rắn có mật độ thấp hơn nhiều so với các lỗ đen. Quỹ đạo không "bấp bênh" theo cách đó.

Vì vậy, giả sử một cái gì đó đủ lớn và đủ nhanh để thay đổi vận tốc của nó một cách đáng chú ý, nhưng không đủ lớn hoặc đủ nhanh để phá vỡ nó, đã đâm vào Mặt trăng. Hiệu quả sẽ là chuyển Mặt trăng từ quỹ đạo gần như tròn của nó quanh Trái đất, thành một hình elip. Tùy thuộc vào hướng của tác động, nó sẽ ở gần Trái đất hơn một chút so với bây giờ, một lần trên quỹ đạo, hoặc xa hơn một chút (nó cũng có thể xoay Bắc và Nam một chút). Điều quan trọng là, theo dõi hình elip này ổn định ít nhất là trong một thời gian. Giả sử nó được gõ vào một quỹ đạo đó là từ Trái Đất 220000 dặm ở gần nó và 240.000 dặm ở xa nhất của nó, đó là nơi mà nó sẽ ở lại. Nó sẽ không "xoắn ốc trong".

Trong một khoảng thời gian đủ dài, lực hấp dẫn của Mặt trời cũng phát huy tác dụng và mọi thứ có thể thay đổi một chút, nhưng đó chỉ là một hiệu ứng tương đối nhỏ.

Bây giờ, giả sử rằng tác động đã thực sự lớn, hoặc có lẽ đã có một chuỗi dài các tác động (bắt đầu trông giống như hành động của đối phương ..) do đó điểm trong cùng của elip cuối cùng đã được thúc đẩy xuống trong vòng vài ngàn dặm của Trái Đất , bằng cách nào đó kỳ diệu không đập Mặt trăng thành những mảnh vỡ trong quá trình. Ở khoảng cách này, điều bắt đầu quan trọng là phía gần của Mặt trăng ở gần Trái đất hơn phía xa, do đó lực hấp dẫn của Trái đất kéo vào nó mạnh hơn. Nếu nó quay quanh gần hơn 3000km so với bề mặt Trái đất trong thời gian dài (giới hạn Roche), các lực này cuối cùng sẽ kéo nó thành từng mảnh và Trái đất có thể sẽ có một bộ vòng khá đẹp trong một thời gian ngắn trước khi va chạm bên trong giữa các bit gây ra chúng để mưa xuống Trái đất và giết tất cả mọi người.

Cuối cùng, giả sử (các) tác động lớn đến mức họ thực sự đưa Mặt trăng vào quỹ đạo hình elip có điểm trong cùng rất gần với Trái đất mà Trái đất và Mặt trăng chạm vào. Điều này rõ ràng là không thể nếu không làm vỡ Mặt trăng, nhưng trong trường hợp đó, Mặt trăng thực sự sẽ đâm vào Trái đất. Thời gian cho tác động sẽ là khoảng 1/4 thời kỳ quỹ đạo hiện tại của Moons, tức là khoảng một tuần.

Không có khả năng bất cứ điều gì của mặt trăng bị đánh bật khỏi quỹ đạo của nó bởi một tác động của tiểu hành tinh. So với mặt trăng, ngay cả một tiểu hành tinh kiểu Chicxulub lớn cũng có khối lượng rất nhỏ và mặt trăng đã bị một số trong số chúng tấn công, nhưng như bạn có thể thấy, nó không bị đánh bật khỏi quỹ đạo của nó. Các tiểu hành tinh lớn nhất trong vành đai tiểu hành tinh là Ceres, 500 dặm đường kính. Khối lượng của nó rất nhỏ so với mặt trăng, nhưng nếu một phép lạ khiến nó nhảy ra khỏi quỹ đạo của nó trong vành đai tiểu hành tinh, cách nửa sao Mộc và tạo ra một đường ong cho mặt trăng, tác động ở tốc độ 25 km mỗi giây đủ để tạo ra một sự rung lắc rất nhẹ trong quỹ đạo của mặt trăng, nhưng không nơi nào đủ gần để gửi nó về Trái đất. Mặt trăng đang thực sự di chuyển ra xa chúng ta với tốc độ vài cm mỗi năm.

Có hai vấn đề đang diễn ra ở đây, chỉ có một vấn đề là có thật.

Có thể tính toán năng lượng và động lượng mà một tác động của tiểu hành tinh sẽ phải truyền lên Mặt trăng, giả sử rằng hai quả bóng rắn (quả bóng bi-a cổ điển của Newton) va vào nhau (có thể là tác động trực tiếp hoặc tác động liếc). Chắc chắn có những trường hợp kết quả sẽ là Mặt trăng đi vào quỹ đạo đâm vào Trái đất.

Tuy nhiên, rất lâu trước khi tác động đủ lớn để di chuyển nghiêm trọng Mặt trăng rắn, cả hai cơ thể đều ngừng hoạt động như một khối rắn và hoạt động giống như những giọt chất lỏng. Chúng văng ra , ném cả đá nóng chảy và rắn vào không gian theo mọi hướng với nhiều vận tốc khác nhau.

Về bản chất, đây sẽ là một phiên bản nhỏ hơn của các sự kiện được cho là đã hình thành Mặt trăng ở nơi đầu tiên, với một protoplanet có kích thước sao Hỏa (được đặt tên là 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) nổi bật trên Trái đất rất trẻ. Xem bài viết Wikipedia cho một mô tả ngắn và con trỏ để chi tiết hơn.

Có những vấn đề với giả thuyết này như là một lời giải thích về sự hình thành của Mặt trăng, nhưng những phác thảo rộng đã được mô hình hóa chi tiết và được hiểu rõ tại thời điểm này. Một đủ tác động lớn để di chuyển nghiêm túc một quả bóng bi-a mặt trăng sẽ phát hành một rất số lượng lớn năng lượng và ném một số lượng rất lớn các tảng đá vào không gian theo mọi hướng.

Hầu hết các tảng đá lỏng lẻo sẽ tạo thành một vòng hành tinh quanh Trái đất trước khi bị tàn dư của Mặt trăng bắt giữ. Đủ để đánh vào Trái đất là rắc rối nghiêm trọng. Tôi chưa thấy bất kỳ ước tính cho một hiện đại ngày âm lịch đình công - đó là thực sự cách , cách xuống trên danh sách các điều cần lo lắng về - nhưng back-of-the-phong bì ước tính làm cho tôi mạnh mẽ nghi ngờ rằng đây sẽ là một thời điểm rất tốt để tham gia thuộc địa sao Hỏa của Elon Musk ...

Đây là phép toán cho kịch bản nhanh nhất, trong đó Mặt trăng sẽ đột ngột dừng quay quanh và rơi thẳng xuống Trái đất:

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

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

$r = 356400000 m$

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

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

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

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

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

Đó không phải là 1,5 giờ (câu trả lời của NoAnswer) nhưng cũng không phải là một tuần (câu trả lời của Steve Linton). Thêm vào đó, đây là giới hạn trên (trên giới hạn dưới, duh), vì gia tốc sẽ tăng lên khi Mặt trăng đóng lại trên Trái đất.

Câu trả lời cho câu hỏi tương tự như NoAnswer nhưng với các số khác nhau: Bất kỳ điều gì giữa giới hạn dưới (dưới 4 ngày) và vô cực (giả sử quỹ đạo không ổn định có thể đạt được bằng cách không khử hoàn toàn Mặt trăng trong một lần bắn).

TL; DR: Bất cứ điều gì giữa 1,5 giờ và vô cùng.

Giả sử mặt trăng sẽ bị tấn công bởi một vật thể có cùng khối lượng và tốc độ nhưng ngược hướng chuyển động so với Trái đất.

Chúng ta cũng giả sử một mảnh vụn đáng kể còn sót lại do tác động khổng lồ này sẽ vẫn ở vị trí cuối cùng của mặt trăng nhưng với vận tốc quỹ đạo bằng không. (Có lẽ tiểu hành tinh va chạm được làm từ phô mai?) Mảnh vụn này sẽ là "mặt trăng" cho mục đích của câu trả lời này.

Tiếp theo sau sự cố "mặt trăng" sẽ lao thẳng xuống Trái đất, được gia tốc bởi một lực khoảng 1G. Điều này là do trọng lực không giảm nhiều cho một khoảng cách nhất định và 1G là lực do Trái đất tác dụng. Trên thực tế "mặt trăng" cũng tạo ra một lực nhưng để đơn giản, chúng ta hãy giả sử rằng nó chỉ hủy bỏ ảnh hưởng của khoảng cách.

Do đó, gia tốc của mặt trăng là khoảng 9,81 m / s² với khoảng cách bắt đầu của các mặt trăng (~ 270.000km nếu tôi nhớ chính xác, quá lười để tìm kiếm nó trên wikipedia). Nếu tôi không nhầm "mặt trăng" sẽ mất (sqrt (khoảng cách / gia tốc) = 5246,23 giây) khoảng 1,5 giờ để đến Trái đất. Có lẽ nó sẽ ít hơn một chút cho bán kính Trái đất. Nó cũng sẽ đến với tốc độ vượt quá Mach 50 và do đó thực sự "tác động" đến bầu khí quyển của Trái đất, tức là trải qua một lực cản tương đương với rào cản âm thanh cộng với hệ thống sưởi cực kỳ nén, có khả năng xé toạc nó ra.

Đây là cách nhanh nhất để mặt trăng bị tác động và sau đó đâm vào Trái đất. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra cho cách chậm nhất: Chà, bằng cách giảm khối lượng và / hoặc vận tốc của tiểu hành tinh tác động lên mặt trăng, chúng ta có thể "điều chỉnh" hiệu ứng để mất bất kỳ thời gian nào trong khoảng 1,5 giờ (dừng hoàn toàn Trái đất / quỹ đạo, xem ở trên) và vô cùng (vẫn có quỹ đạo ổn định). Đối với các vụ va chạm mặt trăng muộn hơn 1,5 giờ sau tác động ban đầu, mặt trăng sẽ cần phải được đưa vào quỹ đạo không ổn định, ví dụ như quay quanh các khu vực mật độ thấp của bầu khí quyển Trái đất một lần.

Ngoài ra, các câu trả lời khác đã đề cập đến các cách để mặt trăng bị phá hủy hoặc xé toạc trong quá trình khử nó, điều này chắc chắn được áp dụng. Tôi chỉ muốn tập trung vào khía cạnh của dòng thời gian.

Tôi sẽ lập luận rằng giới hạn thấp hơn về độ trễ tác động là khoảng 1,3 giây.

Bất kỳ tác động nào sẽ khiến Mặt trăng đứng yên so với Trái đất (xem câu trả lời trước đó) cũng sẽ phá vỡ cấu trúc Mặt trăng. Như trong, biến nó thành một đám mây hơi và mảnh vụn đang mở rộng, một số trong đó sẽ tấn công Trái đất sớm hơn, một số sẽ tạo thành một vòng tròn, một số sẽ thoát ra (hoặc thoát ra) phần còn lại của Hệ Mặt trời. (Tôi không chắc là ngay cả thuộc địa sao Hỏa của Elon cũng sẽ phải đối mặt với một vụ va chạm lớn .)

Vì vậy, nếu chúng ta cho phép phá vỡ, chỉ cần chạm vào Mặt trăng với một nhóm các tác nhân cực trị. Về cơ bản, chúng biến Mặt trăng thành một điện tích hình khổng lồ. Quay số theo năng lượng mà bạn muốn để chọn vận tốc của máy bay phản lực, lên tới tốc độ ánh sáng, trừ đi mức nhỏ. Để hình dung về tác động kết quả, hãy tìm một trong những bức ảnh chuyển động dừng lại của một viên đạn trúng một quả táo ...