Se un enorme oggetto come Giove volasse oltre la Terra quanto vicino dovrebbe essere necessario per allontanare le persone dalla superficie?


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Capisco che sia una sciocca ipotetica ma sto chiedendo un bambino di 7 anni, quindi per favore abbi pazienza.

Immagina che un gigante di gas vagante interstellare voli attraverso il nostro sistema solare.

Se non fossimo preoccupati che avrebbe anche rubato la nostra atmosfera e creato forze di marea che hanno distrutto tutto ... Quanto vicino dovrebbe venire da noi per esercitare abbastanza gravità per sollevare le persone da terra e trascinarle nella propria orbita?


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La domanda sarebbe più interessante con un corpo piuttosto piccolo (come una piccola, densa luna o anche meglio, un piccolo buco nero) il cui campo di gravità vicino è più forte di quello della Terra ma più lontano troppo debole per risucchiare la Terra.
Peter - Ripristina Monica

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@Chappo Non della stessa massa ma di una massa molto più piccola e molto più vicina, sfruttando la disomogeneità del suo campo gravitazionale. Immagina un buco nero 10 km sopra di noi che ci esercita 1g. (La sua massa sarebbe molto più piccola di quella di Giove.) Il lato più lontano della terra, essendo a 12000 km di distanza, sperimenterebbe solo (12000/10) ^ 2 ~ 1.4E-6 g, cioè quasi nessuna attrazione. Quel buco nero che volava a una distanza di 9 km ci risucchiava e alcuni degli 1 km superiori della crosta terrestre.
Peter - Ripristina Monica

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Penso che potresti avere una risposta più "divertente" se scrivessi a what-if.xkcd.com.
Barmar

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@Barmar: Supponendo che sia ancora ancora attivo - l'ultimo post è stato almeno mesi fa.
Sean,

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Questa è la definizione stessa del limite di Roche del corpo di passaggio.
Loren Pechtel,

Risposte:


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TL: DR Jupiter non è abbastanza denso per il suo gradiente di gravità sul raggio terrestre da produrre un'accelerazione delle maree di 1 g, anche proprio sulla superficie di Giove.

grazie a PeterCordes


La gravità di Giove attirerà la Terra stessa, così come ogni cosa su di essa.

Non è come un aspirapolvere che solleva selettivamente oggetti piccoli e leggeri, la forza gravitazionale si ridimensionerà con la massa di ciascun oggetto; se la Terra è un miliardo di volte più massiccia di noi, allora anche la forza gravitazionale di Giove sarà circa un miliardo di volte più grande.

Ciò significa che la Terra accelererà verso Giove, e noi accelereremo insieme ad essa, e quindi non "sentiremo il rimorchiatore" da nessuna parte così vicino come si potrebbe sospettare.

Invece, pensiamo alle dimensioni della Terra e al fatto che le persone sul lato vicino saranno più vicine a Giove rispetto al centro di massa della Terra, e le persone sul lato lontano saranno più lontane.

Dato che le persone più vicine a Giove avvertiranno un'accelerazione leggermente più forte rispetto al centro di massa della Terra, avvertiranno un leggero strattone. Lo calcoleremo tra un minuto.

Ma che ci crediate o no, le persone dall'altra parte della Terra, sentendosi meno tirate del centro di massa terrestre, crederanno di essere tirate nella direzione opposta! Non saranno davvero allontanati da Giove, ma non accelereranno verso Giove più velocemente della Terra, e quindi si sentirà come se fossero respinti.

Questo tipo di forza è chiamata forza di marea e questa è l'immagine che viene spesso utilizzata con il concetto:

inserisci qui la descrizione dell'immagine Sorgente Sostituisci "Satellite" con "Giove"

L'accelerazione che avvertiamo a causa della gravità è espressa come

aG=GMr2

dove è la costante gravitazionale ed è pari a circa m ^ 3 / kg s ^ 2 e M è ogni massa che ti attira.G6.674×1011

Se metti 6378137 metri e la massa della Terra ( kg) otterrai i familiari 9,8 m / s ^ 2.5.972×10+24

Se Giove fosse a 114.000.000 di metri o 114.000 chilometri di distanza, la Terra accelererebbe di 1 g verso di essa, ma le persone sul lato vicino e lontano accelererebbero in modo molto diverso. Sul lato vicino, essendo 6.378 chilometri più vicini, si sentirebbe un'accelerazione di 1,2 m / s ^ 2 maggiore, quindi si sentirebbe che pesavano il 12% in meno. E le persone dall'altra parte si sentirebbero più o meno allo stesso modo perché sentono meno accelerazione della Terra.

Se Giove fosse così vicino da toccare praticamente la Terra, non si staccerebbe ancora dalla Terra, supponendo che la Terra rimanga intatta. Ma non sarebbe durato a lungo !!! La Terra accelererebbe verso Giove a circa 20,9 m / s ^ 2, e le persone sul lato vicino avvertirebbero un'accelerazione di 24,8 verso Giove, ma rispetto alla Terra che è solo 3,9 m / s ^ 2, quindi non abbastanza per superare la gravità terrestre di -9,8 m / s ^ 2.

Sul lato opposto della Terra è simile; l'accelerazione verso Giove sarebbe di 17,8 m / s ^ 2 ma meno l'accelerazione della Terra di - 20,9 è a -3,0 m / s ^ 2 di distanza, ma in questo caso non è abbastanza per superare l'attrazione per la Terra di +9,8 m / s ^ 2.

Quando la Terra toccherà Giove, ci sentiremo circa il 40% più leggeri sul lato vicino e il 31% più leggeri sul lato lontano della Terra, ma non lasceremmo la superficie.

Tuttavia, in pochi minuti saremmo spinti così in profondità in Giove che saremmo schiacciati dalla pressione atmosferica interna di Giove.

Sarebbe sicuramente divertente, ma non durerebbe a lungo!


@ShakesBeerCH sembra che la tua modifica sia stata respinta, ma si è effettivamente verificato un errore nell'aritmetica. m / s ^ 2, ecc. Puoi ricontrollare, grazie! GMJ/(RE+RJ)2=20.9
UHOH

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TL: DR Jupiter non è abbastanza denso per il suo gradiente di gravità sul raggio terrestre da produrre un'accelerazione delle maree di 1 g, anche proprio sulla superficie di Giove.
Peter Cordes,

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@PeterCordes è molto meglio di quanto avrei potuto fare. Ti ho appena citato, grazie. Non esitate a modificare ulteriormente la risposta!
UHOH

1
Sono contento di poterti aiutare, grazie per aver fatto la matematica e averlo scritto, questa è una domanda e risposta interessante. :) Ho pensato di aggiungere l'espressione "avere la Terra estratta da sotto di loro (anche più veloce della spinta extra di Terra + Giove)" per le persone dall'altra parte, ma non vedo un posto dove metterla senza essere ridondanti o riscrivere un'intera parte.
Peter Cordes,

1
"Sul lato vicino, essendo 6.378 chilometri più vicini, sentirebbe un'accelerazione 1,2 m / s ^ 2 in meno" <- 1,2 m / s ^ 2 in più ?
Logan Pickup,

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Circa 70.000 km. Se la Terra orbitasse attorno a Giove (o volasse vicino) a una distanza più vicina, non solo avremmo lasciato la superficie, ma l'intera Terra si sarebbe disintegrata poiché anche tutta la sua massa se ne sarebbe andata.

70.000 km è il limite di Giove a Roche (anche se il suo valore effettivo varia molto a seconda dell'altro corpo coinvolto), il raggio in cui le forze di marea (già spiegate nella risposta di Uhoh) travolgono le forze gravitazionali e qualsiasi corpo in orbita non può reggere il proprio peso . In quel contesto, le persone in superficie non si comportano diversamente dalle rocce.

A proposito, questo scenario è anche esplorato in un video di YouTube . Non direi che è molto buono, ma può essere utile spiegare il limite di Roche a un bambino di 7 anni.


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Si noti che 70.000 km sono anche il raggio di Giove, quindi i pianeti dovrebbero toccarsi. (E non esiste un "limite" di Roche; dipende dalla densità dell'oggetto secondario, ovvero la Terra in questo esempio).
Henning Makholm,

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Le persone non sono tenute insieme dalle forze gravitazionali, quindi essere all'interno del limite di Roche non le separerà come farebbe per un pianeta. A questo proposito, le persone in superficie si comportano in modo diverso rispetto alle rocce: un mucchio di ghiaia si separerà in singoli ciottoli mentre viene risucchiato nel pozzo gravitazionale di Giove, ma una persona rimarrà intatta.
Nuclear Wang,

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@NuclearWang Ma ... le persone sono trattenute sulla terra esclusivamente dalle forze gravitazionali. Essere entro il limite di roche non separerebbe gli umani, ma ci comporteremmo comunque come quei ciottoli, nel senso che i singoli umani non sarebbero più bloccati sulla terra per gravità.
J ...

6
Al solo all'interno del limite di Roche, la matematica in @ di UHOH spettacoli risposta che gli oggetti sciolti non sono letteralmente strappato via la superficie. Penso che il meccanismo sia più graduale anche per un aggregato di ghiaia totalmente non rigido: con la sua stessa gravità non opposta nelle altre direzioni, si allungherebbe nella direzione della forza delle maree. Questo mette le estremità sempre più lontane dal centro di massa e aumenta la distanza per il gradiente di gravità. Questo alla fine porta alla sua lacerazione, ma un passaggio rapido non strapperebbe gli oggetti liberi dalla superficie (specialmente per un oggetto rigido / viscoso come la Terra)
Peter Cordes,

4
@HenningMakholm: Penso che questa risposta abbia accidentalmente considerato il raggio effettivo di Giove come limite di Roche !, poiché la pagina di Wikipedia ha una tabella di densità e raggio per gli oggetti nel nostro sistema solare nella parte superiore della sezione per i limiti di Roche per coppie di corpi. L'attuale limite di Roche del corpo rigido (in cui gli oggetti vengono estratti dalla superficie dalle forze di marea) è = = 56018 km utilizzando la formula "satellite completamente rigido" da Wikipedia. Rm(2ρM/ρm)1/371493000 * (2 * 1326/5513)^(1/3)
Peter Cordes,

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Come sottolineano altre risposte, Giove non è abbastanza massiccio da separare un pianeta dalla densità terrestre. Ma possiamo usare invece un oggetto leggermente più pesante - diciamo, un piccolo nano bruno freddo che ammassa 13 Giove, o circa 4000 Terre. Secondo la formula Roche a corpo rigido, il suo limite di Roche è quindi raggi terrestri, o 130.000 km. Il raggio del nano bruno non è molto più grande di quello di Giove (poiché sono entrambi fatti di gas comprimibile), quindi più piccolo di 100.000 km, e c'è un po 'di spazio per la Terra da distruggere senza realmente scontrarsi con esso.240003=20

Il nostro nano bruno, che vaga sedentariamente nella galassia, individua il nostro sole e decide di dare un'occhiata più da vicino. Viene urlando attraverso il sistema solare interno su un'orbita iperbolica, il che significa che si sposterà leggermente più della velocità di fuga solare quando manca strettamente la Terra - chiamatelo 100 km / s. Cambiando prospettiva, possiamo dire che la Terra arriva al nano bruno a 100 km / se quasi mancano. Questa velocità ci consente di trascorrere quasi mezz'ora all'interno del limite di Roche, se tocchiamo quasi il nano bruno al momento dell'approccio più vicino.

Ma sembra che sarà inutilmente drammatico, quindi è invece che la nana bruna dia un ormeggio leggermente più ampio tale che al momento dell'approccio più vicino, l'accelerazione della gravità a ground zero sarà più pedonale . Questo sarà il caso in cui la nostra distanza dal nano bruno è del limite di Roche, o 128.000 km. La lunghezza del nostro percorso attraverso la zona di Roche è quindi di circa 20.000 km, il che significa che l'incontro dura 200 secondi. Chiamalo tre minuti.0.1m/s29.820.1+9.823=0.997

(Il lettore dagli occhi acuti noterà che questi numeri indicano che il lato più lontano della terra non è in realtà mai all'interno del limite di 130.000 km, ma ciò che conta davvero è la prima derivata del campo gravitazionale del nano bruno, quindi se stai in piedi sul punto antipodale avrai comunque il centro di massa della Terra tirato via sotto di te anche se tu stesso sei al di fuori del limite. I numeri sono comunque tutti approssimativi).

(D'altra parte, alcuni minuti chiaramente non hanno abbastanza tempo per far fluire l'interno fuso della Terra in un equilibrio idrostatico nella nuova situazione, quindi è appropriato usare la formula del corpo rigido).

Cosa succede allora?

Innanzitutto, ovviamente, è uno spettacolo fantastico . Il nano bruno domina il cielo con un diametro angolare di qualche parte tra 60 ° e 100 °.

Quindi, potrebbe diventare caldo a disagio . Non necessariamente "le montagne si stanno sciogliendo" calde o addirittura "i mari ribollono" calde. Ma questo dice che i nani marroni più freddi hanno circa la temperatura di un forno e che avere una parte significativa del cielo a 150 ° C può far sudare chiunque. Non preoccuparti, però: tra qualche ora finirà tutto, quindi entra e avvia l'AC; ci penserà bene.

Proprio a terra, la gravità zero diminuisce senza problemi mentre ci avviciniamo a Roche. Quando passa zero G sei in caduta libera e inizia a fluttuare delicatamente verso l'alto. Solo che tutto intorno a te - macchine, case, alberi, il suolo stesso - è anche in caduta libera poiché l'unica cosa che li ha tenuti giù era la gravità. Quindi, per una prima approssimazione, la tua esperienza locale non riguarda il portar via dalla Terra, ma solo l'assenza di gravità. ( O è? Vedi sotto.)

Idem al punto antipodale.

Un problema che si presenta qui è che l'atmosfera sta fuggendo nello spazio. Dal momento che non c'è gravità per tenerlo giù, fuoriesce piuttosto più veloce del dolce galleggiamento di macchine, alberi e persone, spinto dalla sua stessa pressione. Anche prima di raggiungere Roche, l'aria potrebbe essere diventata troppo sottile per respirare. D'altra parte, l'aria fresca arriverà dalle aree circostanti per riempire il vuoto, creando la bisnonna di tutti gli uragani. (E un trisavolo attorno all'antipode, ovviamente).

Su un grande cerchio a 90 ° da ground zero, la gravità aumenta a circa 1,7 G. Ti senti pesante. Ho hum.

Tra queste aree accadono cose drammatiche. A circa 45 ° dal ground zero (o dall'antipode) la forza di marea è perpendicolare alla verticale, quindi la forza di gravità dipende da ciò a cui siamo abituati, ma la sua direzione è diversa. È come se il mondo fosse inclinato di decine di gradi , un po 'come i cattivi film di fantascienza che fingono di entrare in un campo gravitazionale. Gli edifici alti si ribaltano; molti non così alti crollano. Laghi e mari fanno cose che fanno impacchettare la parola "tsunami" e vanno a casa, irrimediabilmente surclassati. Ciò che l'acqua non arriva, le inarrestabili frane lo faranno. E non dimenticare le galassie della forza dell'ipercano mentre l' atmosfera scorre "verso il basso" quasi senza ostacoli.

Ciò presuppone che il terreno sottostante sia rigido, ovviamente. Non è del tutto vero, anche se probabilmente ha abbastanza integrità strutturale da rendere vero il paragrafo precedente. In ogni caso, l'intera crosta terrestre inizia a scivolare "verso il basso" verso il ground zero (o, come sempre, l'antipode). Tuttavia, diverse parti della crosta scorrono a velocità diverse. Vicino alla zona "ho hum" la crosta è allungata; a ground zero o antipode, la crosta si accumula. Nulla in realtà ha il tempo di spostarsi al massimo di (molto più o meno) di alcune decine di chilometri dalla sua posizione iniziale, ma ciò è abbastanza sufficiente per ottenere terremoti cataclismici in ogni zona tettonicamente attiva sulla terra. Laddove non esiste una zona attiva per sostenere lo stress, si aprono nuove zone.

Non sono del tutto sicuro di cosa stia facendo il mantello, ma probabilmente non è qualcosa di carino.

Una cosa che il mantello sta facendo accade attorno al ground zero. Senza alcuna gravità netta per mantenere bassa la crosta, la pressione idrostatica nella litosfera inferiore scende verso lo zero. I volatili disciolti nei magmi tentano ovunque di sfogarsi, formando bolle ed espandendo il magma fino a quando la pura inerzia delle rocce sovrastanti gli resiste. L'effetto è di spingere la crosta verso l'alto più velocemente di quanto non sia tirata dalle maree. Quindi, rimanendo a terra zero, dopo tutto, potresti non provare l'assenza di gravità. Invece ti troverai proprio in cima alla più grande eruzione del vulcano nella storia del pianeta. Davvero l'esperienza di una vita.

Quindi i tre minuti sono trascorsi e il nano marrone si allontana di nuovo.

A ground zero ora sei almeno un chilometro più in alto di quello che hai iniziato, insieme a tutto ciò che ti circonda, e ti muovi ancora verso l'alto a decine di chilometri l'ora. È molto meno della velocità di fuga, quindi ciò che sale deve scendere di nuovo. Tranne "down" è ora molto probabilmente un inferno vulcanico in ebollizione. Non sei contento di non essere stato arrostito dal nano marrone per cominciare?

C'è ancora tempo perché le placche tettoniche scorrevoli si fermino e le nuove fratture nella zona "ho hum" inizino a competere con il vulcano ground zero. A meno che l'interno della terra non si sia deformato elasticamente, quindi tutto ora tenta di tornare indietro .

Il pianeta esiste ancora, comunque. Nessuna massa è stata effettivamente persa. D'altra parte, l'incontro ha cambiato la nostra velocità collettiva di diverse decine di chilometri al secondo, che è sostanzialmente paragonabile al nostro normale movimento orbitale. Questo causerà il caos totale nelle stagioni.

Oh bene. Non è come se qualcuno di noi si lamentasse di questo.


(Il lettore dagli occhi acuti di prima noterà che la maggior parte di queste calamità accadrebbe anche senza arrivare fino al limite di Roche. Quindi, se il mondo dovesse finire, il campo di gravità di Giove potrebbe essere abbastanza capace, dopo tutto.)

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