Jika Bulan dipengaruhi oleh meteor berukuran sesuai, berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mempengaruhi Bumi?

23

Sebuah jawaban untuk pertanyaan seberapa baik Bulan melindungi Bumi dari Meteor? menyebutkan sebagai kemungkinan bahwa Bulan bisa terlempar ke Bumi.

Apa perubahan terkecil pada orbit Bulan dari yang ditimbulkan oleh meteor besar yang akan menyebabkannya pada akhirnya berdampak pada Bumi (yaitu "mengitari saluran air")? Seperti apa garis waktu itu (menit, jam, hari, tahun, dll)?

gilliduck
sumber
Bahkan jika beberapa peristiwa yang tidak terduga mengubah orbit Bulan cukup untuk menghantam Bumi, begitu ia mencapai batas Roche, ia akan terkoyak oleh kekuatan pasang surut. Berapa banyak dari itu yang akan membentuk cincin dan seberapa besar akhirnya akan berdampak pada Bumi karena banyak meteorit ukuran yang berbeda adalah masalah lain, tetapi Bulan itu sendiri tidak akan pernah berdampak pada Bumi.
BillDOe
7
@ BillDOe Saya tidak akan begitu yakin tentang itu; batas Roche untuk sistem Bumi-Bulan sangat dekat. Bahkan jika Anda mengasumsikan hanya inti yang cukup kuat untuk bertahan dari gaya pasang surut, itu masih berupa bola besi dan nikel berdiameter 320km.
Luaan
1
@ BillDOe Bahkan jika itu terkoyak, banyak dari itu akan berakhir di Bumi.
Tiang
Waktu terlama adalah waktu jatuh bebas dari jarak orbit bulan saat ini ke Bumi. Tergantung pada sifat dampaknya, bisa jadi lebih pendek dari itu.
zephyr

Jawaban:

46

Seperti yang dikatakan beberapa orang, ini sangat tidak mungkin. Salah satu alasan mengapa efek "melingkari saluran pembuangan" yang Anda gambarkan tidak benar-benar terjadi pada benda padat yang jauh lebih padat daripada lubang hitam. Orbits tidak "genting" dengan cara itu.

Jadi, anggaplah sesuatu yang cukup besar dan cukup cepat untuk mengubah kecepatannya secara nyata, tetapi tidak cukup besar atau cukup cepat untuk menghancurkannya, memang menabrak Bulan. Efeknya akan menggeser Bulan dari orbitnya yang hampir melingkar di sekitar Bumi, menjadi yang elips. Bergantung pada arah tumbukan, itu akan menjadi sedikit lebih dekat ke Bumi daripada sekarang, sekali per orbit, atau sedikit lebih jauh (itu juga mungkin mengayunkan Utara dan Selatan sedikit). Yang penting, adalah bahwa trek elips ini stabil setidaknya untuk sementara waktu. Misalkan ia terlempar ke orbit yang berjarak 220000 mil dari Bumi pada titik terdekatnya dan 240000 mil pada titik terjauhnya, di situlah ia akan tinggal. Itu tidak akan "berputar".

Selama periode yang cukup lama, gravitasi Matahari juga ikut berperan dan banyak hal dapat berubah sedikit, tetapi itu adalah efek yang relatif kecil.

Sekarang, anggaplah dampaknya sangat besar, atau mungkin ada serangkaian dampak yang panjang (mulai terlihat seperti aksi musuh ..) sehingga titik terdalam elips akhirnya didorong ke beberapa ribu mil dari Bumi , entah bagaimana secara ajaib tidak menghancurkan Bulan menjadi fragmen dalam proses. Pada jarak ini mulai penting bahwa sisi dekat Bulan lebih dekat ke Bumi daripada sisi jauh, sehingga gravitasi bumi menariknya lebih kuat. Jika ia mengorbit lebih dekat dari sekitar 3.000 km ke permukaan Bumi untuk waktu yang lama (batas Roche) kekuatan-kekuatan ini pada akhirnya akan menariknya berkeping-keping, dan Bumi mungkin akan memiliki seperangkat cincin yang cukup untuk waktu yang singkat sebelum tabrakan internal antara bit yang disebabkan mereka untuk turun hujan di Bumi dan membunuh semua orang.

Akhirnya anggaplah dampaknya begitu besar sehingga mereka benar-benar menempatkan Bulan ke dalam orbit elips yang titik terdalamnya sangat dekat dengan Bumi sehingga Bumi dan Bulan bersentuhan. Ini jelas mustahil tanpa menghancurkan Bulan, tetapi dalam kasus itu, Bulan memang akan menghantam Bumi. Waktu untuk dampaknya adalah sekitar 1/4 dari periode orbit Moons saat ini, yaitu sekitar satu minggu.

Steve Linton
sumber
1
Dan skenario lain adalah menendang bulan keluar dari orbit sepenuhnya, skenario lain yang sangat tidak mungkin yang hampir pasti membutuhkan energi yang cukup untuk menghancurkan bulan sebagai gantinya.
jwenting
15

Tidak ada kemungkinan apapun dari bulan yang terlempar keluar dari orbitnya oleh dampak asteroid. Dibandingkan dengan bulan, bahkan asteroid tipe Chicxulub yang besar memiliki massa yang sangat kecil, dan bulan telah dihantam oleh beberapa dari mereka, tetapi seperti yang Anda lihat, itu tidak terlempar keluar dari orbitnya. Asteroid terbesar di sabuk asteroid adalah Ceres, berdiameter 500 mil. Massanya sangat kecil dibandingkan dengan bulan, tetapi jika sebuah keajaiban menyebabkannya melompat keluar dari orbitnya di sabuk asteroid, setengah jalan ke Jupiter, dan membuat garis lebah untuk bulan, dampak pada 25 km per detik mungkin hanya cukup untuk menghasilkan goyangan yang sangat sedikit di orbit bulan, tetapi tidak cukup dekat untuk mengirimnya ke Bumi. Bulan sebenarnya bergerak menjauh dari kita dengan kecepatan beberapa sentimeter per tahun.

Michael Walsby
sumber
1
Jadi pada intinya, jika ada asteroid yang cukup besar untuk mendorong Bulan keluar dari orbit (planet jahat ??), itu akan lebih mungkin menghancurkan Bulan daripada memindahkannya?
gilliduck
2500025
Kamu benar. Maksud saya 25 km per detik. Mengapa saya menambahkan tiga noughts yang saya tidak tahu. Pasti ada sesuatu yang mengalihkan perhatianku.
Michael Walsby
@gilliduck Yup. Bahkan mungkin menghancurkan Bulan, benar-benar melelehkannya, hanya untuk Bulan untuk berkumpul kembali karena mendingin dan bertabrakan kembali menjadi satu massa bola tunggal (meskipun sebagian dari massa itu mungkin hilang atau hujan turun di Bumi). Bahkan, tabrakan serupa membentuk Bulan di tempat pertama, dan tidak banyak mempengaruhi orbit Bumi di sekitar Matahari; dan terlepas dari massa Matahari dan Bumi, energi ikat jauh lebih besar besarnya untuk sistem Bumi-Bulan daripada untuk Bumi-Matahari.
Luaan
4
Ceres yang menabrak Bulan dengan kecepatan 25 km / detik akan membuat Bulan keluar dari orbitnya jika tidak membuat Bulan pecah terlebih dahulu. Itu 3e29 J energi . 10 kali lebih banyak dari energi orbital di sekitar Bumi dan 3 kali lebih banyak dari energi pengikat gravitasi Bulan .
Schwern
10

Ada dua masalah yang dimainkan di sini, hanya satu yang nyata.

Adalah mungkin untuk menghitung energi dan momentum yang harus ditransfer oleh dampak asteroid ke Bulan, dengan asumsi bahwa dua bola padat (bola biliar Newtonian klasik) saling mengenai satu sama lain (baik dampak langsung atau dampak pandangan). Tentu saja ada kasus di mana hasilnya adalah Bulan pergi ke orbit yang mengenai Bumi.

Namun jauh sebelum dampaknya cukup besar untuk secara serius menggerakkan Bulan padat, kedua tubuh berhenti bertindak seperti massa padat dan bertindak lebih seperti tetesan cairan. Mereka memercik , melempar batu cair dan padat ke ruang angkasa ke segala arah dengan berbagai kecepatan.

Pada dasarnya, ini akan menjadi versi yang lebih kecil dari peristiwa yang diteorikan telah membentuk Bulan di tempat pertama, dengan protoplanet seukuran Mars (bernama 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) menyerang Bumi yang sangat muda. Lihat artikel Wikipedia untuk deskripsi singkat yang layak dan petunjuk untuk lebih detail.

Ada masalah dengan hipotesis ini sebagai penjelasan tentang pembentukan Bulan, tetapi garis besar telah dimodelkan secara rinci dan dipahami dengan baik pada saat ini. Sebuah cukup dampak besar untuk serius memindahkan bola bilyar Bulan akan merilis sangat sejumlah besar energi dan membuang jumlah yang sangat besar batu ke ruang angkasa ke segala arah.

Sebagian besar batuan lepas akan membentuk cincin planet di sekitar Bumi sebelum ditangkap oleh sisa-sisa Bulan. Cukup akan menghantam Bumi menjadi sangat merepotkan. Saya belum melihat adanya perkiraan untuk modern pemogokan Lunar - itu benar-benar cara , cara di atas daftar hal-hal untuk khawatir tentang - tapi back-of-the-amplop perkiraan membuat saya sangat curiga bahwa ini akan menjadi waktu yang sangat baik untuk bergabung dengan koloni Mars Elon Musk ...

Mark Olson
sumber
7
Mereka tahu itu namanya Theia, karena dengan Lunar Reconnaissance Orbiter mereka menemukan "Theia ada di sini" besar yang tertulis di sisi belakang Bulan.
Makyen
2
Gangguan kekuatan pasang surut oleh perubahan serius pada massa bulan (dan / atau orbit) mungkin akan jauh lebih buruk daripada hujan meteor yang dihasilkan dari dampak. Gempa bumi, letusan gunung berapi, seluruh keluarga Godzillas keluar dari lautan, alien kuno yang bangun dari tidurnya di bawah lautan dan menuntut upeti, itu akan jelek.
jwenting
@jwenting Poin bagus.
Mark Olson
3

Ini adalah matematika untuk skenario tercepat, di mana Bulan tiba-tiba akan berhenti mengorbit dan jatuh langsung ke Bumi:

m1=7.342×1022kg

m2=5.9723×1024kg

r=356400000m

G=6.6743×10-11m3/(kg×s2)

F=G×m1×m2/r2=230.402.044.289.682.584.669N

Sebuah1=F/m1=0,00313813735m/s2

Sebuah2=F/m2=0,00003857844m/s2Sebuah=Sebuah1+Sebuah2=0,00317671579m/s2

r/Sebuah=334949s=3.88dSebuahys

Itu tidak cukup 1,5 jam (jawaban NoAnswer) tetapi juga bukan seminggu (jawaban Steve Linton). Plus, ini adalah batas atas (pada batas bawah, duh), karena akselerasi akan meningkat ketika Bulan mendekati Bumi.

Jawaban untuk pertanyaan ini sama dengan NoAnswer's tetapi untuk angka yang berbeda: Apa pun antara batas bawah (kurang dari 4 hari) dan tak terbatas (dengan asumsi orbit yang tidak stabil dapat dicapai dengan tidak sepenuhnya menyerap Bulan dalam satu tembakan).

Mathius
sumber
Selamat datang di situs ini! Kami memiliki Lateks. :-) \fracSaya biarkan untuk Anda. :-)
peterh mengatakan mengembalikan Monica
Terima kasih, untuk meningkatkan keterbacaan
Mathius
BTW. Jawaban ini mengasumsikan tidak ada kerugian atau kenaikan massa. Tentu saja, setiap dampak yang mengubah orbit Bulan akan mengubah Bulan dan penabrak menjadi berkeping-keping. Beberapa bagian, bagaimanapun mungkin terlempar ke arah Bumi, mencapainya dalam waktu kurang dari 3 hari (untuk kecepatan awal dan peningkatan akselerasi). Secara kebetulan, 3 hari adalah tentang apa yang saya ingat sebagai waktu transfer misi Apollo.
Mathius
Saat Bulan mendekati Bumi, akselerasinya juga akan meningkat. Itu bisa diintegrasikan.
peterh mengatakan mengembalikan Monica
0

TL; DR: Apa pun antara 1,5 jam hingga tak terbatas.

Mari kita asumsikan bahwa bulan akan ditabrak oleh objek dengan massa dan kecepatan yang sama tetapi arah pergerakannya berlawanan dengan Bumi.

Mari kita juga mengasumsikan sepotong puing yang cukup besar yang ditinggalkan oleh dampak kolosal ini akan tetap pada posisi terakhir yang diketahui dari bulan tetapi dengan kecepatan orbital nol. (Mungkin asteroid berdampak terbuat dari keju?) Potongan puing ini akan menjadi "bulan" untuk tujuan jawaban ini.

Selanjutnya setelah insiden "bulan" akan jatuh ke bumi, dipercepat oleh kekuatan sekitar 1G. Ini karena gravitasi tidak berkurang banyak untuk jarak tertentu dan 1G adalah gaya yang diberikan oleh Bumi. Sebenarnya "bulan" juga memberikan kekuatan tetapi untuk kesederhanaan, mari kita asumsikan itu hanya membatalkan efek jarak.

Akselerasi bulan dengan demikian sekitar 9,81 m / s² dengan jarak awal bulan perigee (~ 270.000km jika saya ingat dengan benar, terlalu malas untuk melihatnya di wikipedia). Jika saya tidak salah "bulan" akan memakan waktu (sqrt (jarak / akselerasi) = 5246,23 detik) sekitar 1,5 jam untuk mencapai Bumi. Mungkin akan sedikit lebih sedikit untuk jari-jari Bumi. Itu juga akan tiba dengan kecepatan di luar Mach 50 dan dengan demikian benar-benar "berdampak" atmosfer Bumi, yaitu mengalami hambatan yang setara dengan penghalang suara ditambah pemanasan tekan yang ekstrem, kemungkinan akan mencabik-cabiknya.

Ini adalah cara tercepat bagi bulan untuk terkena dampak dan kemudian menabrak Bumi. Namun pertanyaannya menanyakan cara paling lambat: Ya, dengan mengurangi massa dan / atau kecepatan asteroid yang memengaruhi bulan, kita dapat "menyempurnakan" efeknya untuk mengambil waktu antara 1,5 jam (full stop wrt Earth / orbit, lihat di atas) dan infinity (masih memiliki orbit yang stabil). Untuk tabrakan bulan selambat-lambatnya 1,5 jam setelah tabrakan awal, bulan perlu diletakkan di orbit yang tidak stabil, misalnya mengorbit melalui daerah kepadatan rendah atmosfer Bumi sesekali.

Juga jawaban-jawaban lain telah menyebutkan cara-cara agar bulan hancur atau terkoyak-koyak dalam proses menyerapnya, yang pasti berlaku. Saya hanya ingin fokus pada aspek timeline.

Tidak ada Jawaban
sumber
Saya merasakan kekurangan khusus dalam menangani aspek garis waktu ketika membaca jawaban yang ada.
NoAnswer
9
Jika Anda membatalkan kecepatan orbit bulan, dibutuhkan waktu seminggu untuk mencapai bumi. Petunjuk: g tidak sejauh 9,8 m / s.
Yosua
Timeline Anda tidak jelas dan salah, karena membuat asumsi Anda benar-benar tidak boleh. Kedua batas bingkai Anda tidak berdasar tanpa asumsi yang salah. Jawaban ini menjawab bagian waktu dengan cukup baik: kira-kira seminggu.
Tiang
-1

Saya berpendapat bahwa batas bawah pada keterlambatan dampak adalah sekitar 1,3 detik.

Setiap dampak yang akan membuat Bulan beristirahat relatif terhadap Bumi (lihat jawaban sebelumnya) juga, ahem, secara struktural akan mengganggu Bulan. Seperti di dalamnya, ubahlah itu menjadi awan uap dan puing yang mengembang, beberapa di antaranya akan menghantam Bumi lebih cepat, beberapa di antaranya akan membentuk cincin, beberapa di antaranya akan melarikan diri ke (atau keluar dari) sisa Tata Surya. (Saya tidak yakin seberapa baik bahkan koloni Mars Elon akan ongkos setelah tabrakan besar .)

Jadi, jika kita membiarkan gangguan, tekan saja Bulan dengan kerumunan penabrak ultrarelativistik. Mereka pada dasarnya mengubah Bulan menjadi muatan berbentuk raksasa. Panggil energi yang ingin Anda pilih kecepatan jet yang dihasilkan, hingga lightspeed-minus-a-margin kecil. Untuk visualisasi dampak yang dihasilkan, lihat salah satu foto stop-motion dari peluru yang mengenai apel ...

jeffB
sumber