Der Mond hat genau die richtige Geschwindigkeit, um nicht auf der Erde zusammenzustoßen oder in den Weltraum zu entkommen. Was sind die Chancen?
Mein Verständnis ist, dass der Mond vor langer Zeit geschaffen wurde, als die Erde von einem großen Asteroiden getroffen wurde.
Die Trümmer agglomerierten dann in den Mond, der zufällig mit der genauen Geschwindigkeit umkreist, die erforderlich ist, um weder zurück in die Erde zu krachen noch in den Weltraum zu entkommen.
Die exakt richtige Geschwindigkeit zu haben, scheint äußerst unwahrscheinlich. Doch unser Mond ist da und viele andere Planeten haben Monde.
Sind dies nur die wenigen Überlebenden von Tausenden von Ereignissen, die nicht die Geschwindigkeit von «Goldlöckchen» hatten?
Antworten
Es gibt keine "Goldlöckchen-Geschwindigkeit" für den Orbit. Wenn Sie zwei Objekte in den Raum stellen und ihnen eine Geschwindigkeit relativ zueinander geben, umkreisen sich die beiden Objekte, sofern die Geschwindigkeit geringer ist als die Fluchtgeschwindigkeit (in ihrer relativen Entfernung).
Diese Umlaufbahnen sind elliptisch, und es ist möglich, dass die Ellipse dünn und "exzentrisch" genug ist, damit die beiden Körper kollidieren, wenn sie einander am nächsten sind. Für ein Objekt, das mehrere hunderttausend km von der Erde entfernt ist, gibt es jedoch eine ganze Reihe möglicher elliptischer Umlaufbahnen.
Als (und wenn) die große Kollision passierte, wurde eine riesige Menge Materie in den Weltraum ausgestoßen. Einige bewegten sich wahrscheinlich so schnell, dass es entkam. Einige gingen mit Sicherheit in Umlaufbahnen, die nicht genug Energie hatten, ebenso wie kleine dünne Ellipsen, und die Materie fiel auf die Erde zurück. Aber es gab eine Menge, die in einer Art elliptischen Umlaufbahn endete. Diese Materie befand sich nicht alle in derselben Umlaufbahn, aber sie verschmolz und formte sich unter ihrer eigenen Schwerkraft zu einer einzigen Kugel.
Andere Monde wurden nicht so gebildet, sie bildeten sich entweder gleichzeitig mit ihren Planeten als "Mini-Sonnensystem" (wie die vier Hauptmonde des Jupiter) oder sie wurden von den Asteroiden- oder Kuipergürteln gefangen genommen. Anfangs hatten die gefangenen Monde möglicherweise eher elliptische Bahnen.
Aber die meisten Monde befinden sich in eher kreisförmigen Bahnen. Selbst wenn sich der Mond ursprünglich in einer elliptischen Umlaufbahn befand, neigen Gezeiteneffekte dazu, die Umlaufbahn kreisförmiger zu machen. Ein Planeten- und Mondsystem hat einen bestimmten Drehimpuls und eine bestimmte Energiemenge. Der Drehimpuls kann sich nicht ändern, aber Energie kann in Wärme umgewandelt werden. Da Gezeiten etwas Energie als Wärme abführen, neigt die Umlaufbahn dazu, sich für eine bestimmte Menge an Drehimpuls in eine Form zu ändern, die die Energie minimiert. Diese Form ist ein Kreis. (Siehe Zirkularisiert die Umlaufbahn des Mondes? Warum zirkularisiert die Gezeitenerwärmung die Umlaufbahnen? )
Die Wirkung von Gezeiten besteht also darin, Monden die "Goldlöckchen-Geschwindigkeit" zu verleihen, die sie in einer kreisförmigen Umlaufbahn hält.
Mein Verständnis ist, dass der Mond vor langer Zeit geschaffen wurde, als die Erde von einem großen Asteroiden getroffen wurde.
Ein großer Asteroid? Wenn Sie den Mars als "großen Asteroiden" bezeichnen wollen, dann besagt die Hypothese des Riesenaufpralls, dass die Erde von einem großen Asteroiden getroffen wurde. Wenn die Riesenaufprallhypothese korrekt ist, war die Masse des Impaktors signifikant größer (um den Faktor acht bis zehn) als die Masse des Mondes. Die überwiegende Mehrheit der Masse des Impaktors fiel auf die Protoerde zurück. Möglicherweise ist eine sehr kleine Menge entkommen.
Der Rest der Trümmer, ungefähr ein Zehntel der ursprünglichen Masse des Impaktors, hatte genug Energie, um zu umkreisen, aber nicht genug Energie, um zu entkommen. Die Trümmerwolke zirkulierte dann und zog sich dann an.
Dies könnte ein zu hübsches Bild sein, was zu meinem nächsten Punkt führt:
Dies scheint äußerst unwahrscheinlich.
Dass dies äußerst unwahrscheinlich ist, ist eine der vorgeschlagenen Lösungen für das Fermi-Paradoxon , das fragt, warum außerirdische Wesen die Erde nicht kolonisiert haben: Wo sind die Außerirdischen? Wenn intelligentes Leben einen Planeten in der Goldlöckchen-Zone erfordert, eine Goldlöckchen-Kollision, die einen massiven Mond erzeugt, der die Ausrichtung des Planeten stabilisiert, eine Goldlöckchen-Wassermenge und ein Goldlöckchen-Klima, das das Klima über eine Milliarde Jahre relativ stabil hält, dann vielleicht intelligent Das Leben ist extrem selten. Wir Menschen sind vielleicht hier, weil unser Planet einer der wenigen Gewinner einer intergalaktischen Lotterie war, bei der fast jeder Planet ein Verlierer ist.
Ich möchte nur einige Zahlen hinzufügen. Die Internationale Raumstation umkreist mit einer Geschwindigkeit von 7,66 km / s (27.600 km / h). Andererseits beträgt die Fluchtgeschwindigkeit der Erde etwa 11 km / s (40.000 km / h). Dies bedeutet, dass alles mit der Geschwindigkeit in diesem Bereich die Erde umkreist. Es muss also keine genaue Geschwindigkeit sein, damit Objekte in der Erdumlaufbahn bleiben. Zugegeben, die Umlaufbahnen von Fragmenten des Rieseneinschlags hatten unterschiedliche Formen, aber über Millionen von Jahren begannen sie sich zu verklumpen, und schließlich reinigte das größte Objekt die kleineren Fragmente, da Umlaufbahnen unterschiedlicher Formen auf lange Sicht nicht nachhaltig sind.
Sie können davon ausgehen, dass das Ergebnis der Kollision eine große Trümmerwolke unterschiedlicher Größe war. Einige Teile sind schnell zu den Überresten der Erde zurückgekehrt, andere sind in den Weltraum geflogen, und einige Teile sind mehr oder weniger lange genug in der Umlaufbahn geblieben, um sich zum Mond zusammenzuschließen. Auf dieser Skala verhalten sich Feststoffe mehr oder weniger wie Flüssigkeiten, und so bildeten sich sowohl Erde als auch Mond zu ungefähr kugelförmigen Formen. Marsmonde, die etwas kleiner und (IIRC) neuer sind, sind weniger kugelförmig.
Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihre Frage verstanden habe oder ob ich Ihre Frage einfach nicht richtig beantwortet habe. Die Erde wurde jedoch von vielen Trümmern bombardiert, die im frühen Sonnensystem herumschwebten. Dies lag an der Tatsache, dass sich im Gürtel herum In der Sonne geschahen verschiedene Materialaggregationen durch gegenseitige Anziehung kleinerer Materialien, die wuchsen. So bildeten sich alle Planeten in Sternensystemen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt waren die verschiedenen Trümmer zusammengeklumpt, die groß genug waren, um als Protoplaneten und der Rest bezeichnet zu werden wurde immer noch Trümmer oder Asteroiden genannt.
Die Theorie, die Sie erwähnen, wird als Riesenaufpralltheorie oder Theia-Aufprall bezeichnet. Die Erde wurde nicht von einem Asteroiden getroffen, sondern von einem anderen Protoplaneten namens Theia. Es wird angenommen, dass dies auch in anderen Sternensystemen viel passiert ist. Die Tatsache, dass sich durch diesen Einfluss die Erde und der Mond in der Form gebildet haben, die sie derzeit haben, ist in unserem Sonnensystem einzigartig. Wir sehen es nur mit der Erde. Einschläge zwischen Protoplaneten werden im frühen Sonnensystem jedoch nicht als selten angesehen, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Theia-Einschlag eintreten könnte, gering gewesen sein könnte. Angesichts der Wahrscheinlichkeit, dass Protoplaneten kollidieren, war die Möglichkeit jedoch sehr hoch.
Nun zurück zu Ihrer Bemerkung, dass der Mond genau die richtige Geschwindigkeit hat, um mit der Erde im Orbit zu bleiben. Das ist nicht wahr. Der Mond hat tatsächlich eine Geschwindigkeit, die zu hoch ist, um im Orbit zu bleiben, und der Abstand zwischen Erde und Mond wird von Jahr zu Jahr größer. Es werden hochpräzise Messungen durchgeführt, die darauf hindeuten, dass sich der Mond mit einer Geschwindigkeit von etwa 4 Zentimetern pro Jahr von der Erde wegbewegt. Von dort im Laufe der letzten 4 Milliarden Jahre war dies also eine ziemliche Entfernung und es deutet darauf hin, dass die Geschwindigkeit nicht genau richtig, aber etwas zu hoch ist.
Dennoch hätte eine Theia-ähnliche Kollision zwischen der Venus und einem anderen Protoplaneten aufgrund der Gezeitenkräfte der Sonne nicht zu einem Planetenmondsystem geführt. Ähnliches würde für den Mars gelten, aber hier ist Jupiter der Grund für das Fehlen eines solchen Paares. Die äußeren Planeten sind zu groß und hätten nicht dazu geführt, dass Material der Schwerkraft des Planeten entkommen könnte.
Ja, die Existenz des Erdmondes kann als eine einzigartige Situation angesehen werden, aber dies liegt nicht daran, dass die Art der Auswirkungen nicht stattgefunden hat. Dies liegt daran, dass sich die Erde genau in der richtigen Entfernung von Sonne und Jupiter befand, um ein solches Paar zu erhalten. Auswirkungen wie die Theia-Auswirkungen waren nicht selten. Verstehen Sie jedoch, dass der Theia-Einfluss eine Theorie ist, die eine gute Akzeptanz hat, aber nicht zweifellos ist. Es gibt mehrere Fragen zur Gültigkeit dieser Theorie.
Herzliche Grüße, MacUserT
Ein Punkt, der oben nicht erwähnt wurde, ist, dass der ursprüngliche Schwarm von Material, der schließlich den Mond bilden würde, im Durchschnitt dieselbe Umlaufbahn um die Erde haben würde wie der Mond heute. In diesem Fall sollten wir Kollisionen zwischen diesem Material nicht ignorieren, bei denen die Radialimpulse aufgehoben werden, und nur oder meistens die Tangentialimpulse (möglicherweise mit Kohlematerial) belassen. In ähnlicher Weise würden Kollisionen parallel zur Achse der Umlaufbahn im Allgemeinen die Impulse parallel zur Achse der Umlaufbahn verringern und zu einer Materialscheibe führen (wie bei Saturnringen zu sehen). Die Selbstgravitation würde dann eine "Klumpigkeit" in der Scheibe erzeugen und der dominante Klumpen würde bevorzugt Material an sich ziehen und einen einzelnen Körper bilden. Es handelt sich nicht nur um ein Problem der Orbitaldynamik, sondern auch um ein Problem des Impulsaustauschs und der Aggregation.