Se la Luna fosse colpita da una meteora di dimensioni adeguate, quanto tempo impiegherebbe a colpire la Terra?

Una risposta alla domanda su quanto bene la Luna proteggerebbe la Terra da una meteora? menziona come una possibilità che la Luna possa essere bussata alla Terra.

Qual è il più piccolo cambiamento nell'orbita della Luna dall'essere influenzato da una grande meteora che potrebbe causare un impatto sulla Terra (cioè "circondare la fogna")? Che linea temporale avrebbe (minuti, ore, giorni, anni, ecc.)?

Come diverse persone hanno detto, questo è incredibilmente improbabile. Parte del motivo è che l'effetto "cerchi intorno allo scarico" che descrivi non si verifica in realtà per oggetti solidi molto meno densi dei buchi neri. Le orbite non sono "precarie" in quel modo.

Quindi, supponiamo che qualcosa di abbastanza grande e abbastanza veloce da cambiare notevolmente la sua velocità, ma non abbastanza grande o abbastanza veloce da distruggerlo, colpì la Luna. L'effetto sarebbe di spostare la Luna dalla sua orbita quasi circolare attorno alla Terra, in una ellittica. A seconda della direzione dell'impatto, potrebbe avvicinarsi un po 'più vicino alla Terra di quanto non sia ora, una volta per orbita, o un po' più lontano (potrebbe anche oscillare un po 'a nord e sud). Ciò che è importante, tuttavia, è che questa pista ellittica sia stabile almeno per un po '. Supponiamo che venga scagliato in un'orbita che si trova a 220000 miglia dalla Terra alla sua distanza più vicina e 240000 miglia alla sua distanza più lontana, cioè dove rimarrà. Non "entrerà a spirale".

Per un periodo abbastanza lungo entra in gioco anche la gravità del Sole e le cose possono cambiare un po ', ma questo è un effetto relativamente piccolo.

Supponiamo ora che l'impatto sia stato davvero grande, o forse ci siano stati una lunga serie di impatti (che iniziano a sembrare azioni nemiche ...) in modo che il punto più interno dell'ellisse sia stato infine abbattuto a poche migliaia di miglia dalla Terra , in qualche modo miracolosamente non distruggendo la Luna a frammenti nel processo. A questa distanza inizia a importare che il lato vicino della Luna sia più vicino alla Terra rispetto al lato lontano, in modo che la gravità terrestre la attiri più fortemente. Se orbitasse più a lungo di circa 3000 km dalla superficie della Terra (il limite di Roche) queste forze alla fine lo avrebbero fatto a pezzi e la Terra avrebbe probabilmente avuto un bel set di anelli per un breve periodo prima che le collisioni interne tra i bit causassero loro a piovere sulla Terra e uccidere tutti.

Supponiamo infine che l'impatto (i) sia stato (fosse) così grande da mettere la Luna in un'orbita ellittica il cui punto più interno era così vicino alla Terra che la Terra e la Luna si toccarono. Ciò è manifestamente impossibile senza frantumare la Luna, ma in tal caso, la Luna colpirebbe davvero la Terra. Il tempo per l'impatto sarebbe di circa 1/4 dell'attuale periodo orbitale delle Lune, vale a dire circa una settimana.

Non vi è alcuna possibilità che la luna venga espulsa dalla sua orbita da un impatto con un asteroide. Rispetto alla luna, anche un grande asteroide di tipo Chicxulub ha una massa molto piccola, e la luna è già stata colpita da molti di loro, ma come puoi vedere, non è stata eliminata dalla sua orbita. L'asteroide più grande nella fascia degli asteroidi è Cerere, con un diametro di 500 miglia. La sua massa è molto piccola rispetto alla luna, ma se un miracolo le facesse saltare fuori dalla sua orbita nella cintura di asteroidi, a metà strada da Giove, e fare una linea di api per la luna, un impatto a 25 km al secondo potrebbe solo basti a produrre una lievissima oscillazione nell'orbita della luna, ma in nessun posto abbastanza vicino da mandarla verso la Terra. La luna in realtà si sta allontanando da noi al ritmo di diversi centimetri all'anno.

Ci sono due problemi in gioco qui, solo uno dei quali è reale.

È possibile calcolare l'energia e lo slancio che un impatto di asteroidi dovrebbe trasferire sulla Luna, supponendo che due palle solide (palle da biliardo newtoniane classiche) si colpiscano a vicenda (sia un impatto diretto che un impatto lancinante). Vi sono certamente casi in cui il risultato sarebbe la Luna che entra in un'orbita che colpisce la Terra.

Per quanto molto prima che l'impatto sia abbastanza grande da spostare seriamente una Luna solida, entrambi i corpi cessano di agire come masse solide e agiscono più come gocce di liquido. Essi spruzzano , gettando sia roccia fusa e solido nello spazio in tutte le direzioni in una varietà di velocità.

In sostanza, si tratterebbe di una versione più piccola degli eventi che teoricamente hanno formato la Luna in primo luogo, con un protoplanet delle dimensioni di Marte (chiamato 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) colpire la Terra molto giovane. Vedi l' articolo di Wikipedia per una breve descrizione decente e indicazioni per maggiori dettagli.

Ci sono problemi con questa ipotesi come spiegazione della formazione della Luna, ma i grandi contorni sono stati modellati in dettaglio e sono ben compresi a questo punto. Un impatto abbastanza grande per muoversi sul serio una palla da biliardo Luna avrebbe rilasciato una molto grande quantità di energia e di lanciare una grande quantità di roccia nello spazio in tutte le direzioni.

La maggior parte della roccia libera formerebbe un anello planetario intorno alla Terra prima di essere catturata dai resti della Luna. Abbastanza sarebbe colpito la Terra per essere seriamente fastidioso. Non ho visto alcuna stima per uno sciopero lunare dei nostri giorni - è davvero molto , molto in basso nell'elenco delle cose di cui preoccuparsi - ma le stime sul retro dell'invito mi fanno fortemente sospettare che questo sarebbe un ottimo momento per unirsi alla colonia marziana di Elon Musk ...

Ecco la matematica per lo scenario più veloce, in cui la Luna si fermerebbe improvvisamente in orbita e cadrebbe direttamente sulla Terra:

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

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

$r = 356400000 m$

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

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

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

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

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

Non sono abbastanza 1,5 ore (la risposta di NoAnswer) ma nemmeno una settimana (la risposta di Steve Linton). Inoltre, questo è un limite superiore (sul limite inferiore, duh), poiché l'accelerazione aumenterà man mano che la Luna si chiude sulla Terra.

La risposta alla domanda è la stessa di NoAnswer ma per numeri diversi: qualsiasi cosa tra il limite inferiore (meno di 4 giorni) e l'infinito (supponendo che le orbite instabili possano essere ottenute non deorbendo completamente la Luna in un colpo).

TL; DR: qualsiasi cosa tra 1,5 ore e infinito.

Supponiamo che la luna verrebbe colpita nel suo perigeo da un oggetto della stessa massa e velocità ma direzione opposta del movimento rispetto alla Terra.

Supponiamo anche che un grosso frammento di detriti lasciato da questo impatto colossale rimanga nell'ultima posizione nota della luna ma con velocità orbitale zero. (Forse l'asteroide impattante era fatto di formaggio?) Questo pezzo di detriti sarà "la luna" ai fini di questa risposta.

Successivamente, l'incidente "la luna" precipiterà verso la Terra, accelerato da una forza di circa 1G. Questo perché la gravità non diminuisce di molto per una data distanza e 1G è la forza esercitata dalla Terra. In realtà "la luna" esercita anche una forza ma per semplicità, supponiamo che annulli solo l'effetto della distanza.

L'accelerazione della luna è quindi di circa 9,81 m / s² con una distanza iniziale del perigeo delle lune (~ 270.000 km se ricordo bene, essendo troppo pigro per cercarlo su Wikipedia). Se non sbaglio "la luna" impiegherà (sqrt (distanza / accelerazione) = 5246,23 secondi) circa 1,5 ore per raggiungere la Terra. Forse sarà un po 'meno per il raggio terrestre. Arriverà anche con una velocità superiore a Mach 50 e quindi effettivamente "influenzerà" l'atmosfera terrestre, vale a dire sperimentare una resistenza equivalente alla barriera del suono più un estremo riscaldamento a compressione, che probabilmente la farà a pezzi.

Questo è il modo più veloce per colpire la luna e poi schiantarsi sulla Terra. Tuttavia, la domanda ha posto la domanda più lenta: beh, diminuendo la massa e / o la velocità dell'asteroide che ha un impatto sulla luna, possiamo "mettere a punto" l'effetto per impiegare qualsiasi tempo tra 1,5 ore (stop completo contro Terra / orbita, vedi sopra) e infinito (ancora con un'orbita stabile). Per i disastri lunari dopo 1,5 ore dall'impatto iniziale, la luna dovrebbe essere messa in un'orbita instabile, ad esempio orbitando attraverso aree a bassa densità dell'atmosfera terrestre una volta ogni tanto.

Anche altre risposte hanno menzionato i modi in cui la luna può essere distrutta o squarciata nel processo di deorbito, che sicuramente si applica. Volevo solo concentrarmi sull'aspetto della sequenza temporale.

Direi che il limite inferiore sul ritardo dell'impatto è di circa 1,3 secondi.

Qualsiasi impatto che lascerebbe la Luna a riposo rispetto alla Terra (vedi le risposte precedenti), inoltre, distruggerebbe strutturalmente la Luna. Come in, trasformalo in una nuvola in espansione di vapore e detriti, alcuni dei quali colpirebbero prima la Terra, alcuni dei quali formerebbero un anello, alcuni dei quali sfuggirebbero al (o al di fuori) del resto del Sistema Solare. (Non sono sicuro di come andrebbe bene anche la colonia di Marte di Elon sulla scia di una grande collisione.)

Quindi, se stiamo permettendo l'interruzione, basta colpire la Luna con uno sciame convergente di impattori ultrarelativistici. Fondamentalmente trasformano la Luna in una carica a forma di gigante. Comporre l'energia che si desidera selezionare la velocità del getto risultante, fino alla velocità della luce-meno-un-piccolo-margine. Per una visualizzazione dell'impatto risultante, cerca una di quelle foto in movimento di un proiettile che colpisce una mela ...