Bulan memiliki kecepatan yang tepat untuk tidak menabrak bumi atau melarikan diri ke luar angkasa. Apa kemungkinannya?
Pemahaman saya adalah bahwa bulan diciptakan sejak dahulu kala ketika Bumi ditabrak asteroid besar.
Puing-puing tersebut kemudian diaglomerasi menjadi Bulan, yang kebetulan mengorbit dengan kecepatan yang tepat yang dibutuhkan untuk tidak menabrak bumi, atau melarikan diri ke luar angkasa.
Memiliki kecepatan yang tepat dan tepat tampaknya sangat tidak mungkin. Namun, bulan kita ada di sana, dan banyak planet lain yang memiliki bulan.
Apakah ini hanya beberapa yang selamat dari ribuan kejadian yang tidak memiliki kecepatan «goldilock»?
Jawaban
Tidak ada "kecepatan Goldilocks" untuk orbit. Jika Anda meletakkan dua benda di luar angkasa, dan memberinya kecepatan relatif satu sama lain, maka asalkan kecepatannya kurang dari kecepatan lepas (pada jarak relatifnya), kedua benda akan mengorbit satu sama lain.
Orbit tersebut berbentuk elips, dan ada kemungkinan bahwa elips tersebut kurus dan "eksentrik" cukup untuk kedua benda bertabrakan saat berada paling dekat satu sama lain. Tetapi untuk sebuah objek yang berjarak beberapa ratus ribu km dari Bumi, terdapat jarak orbit elips yang cukup lebar.
Jadi ketika (dan jika) tabrakan besar terjadi, ada sejumlah besar materi yang terlontar ke luar angkasa. Beberapa mungkin bergerak begitu cepat sehingga lolos, Beberapa pasti pergi ke orbit yang tidak memiliki cukup energi dan begitu juga elips kecil yang kurus dan materi tersebut jatuh kembali ke Bumi. Tapi ada banyak yang berakhir di semacam orbit elips. Materi ini tidak semuanya berada di orbit yang sama, tetapi mulai menyatu, dan membentuk satu bola, di bawah gravitasinya sendiri.
Bulan-bulan lain tidak terbentuk seperti ini, mereka terbentuk pada waktu yang sama dengan planet mereka sebagai "tata surya mini" (seperti empat bulan utama Jupiter) atau mereka ditangkap dari asteroid atau sabuk Kuiper). Awalnya, bulan yang ditangkap mungkin memiliki orbit yang agak elips.
Tetapi kebanyakan bulan berada dalam orbit yang agak melingkar. Meskipun bulan pada awalnya berada dalam orbit elips, efek pasang surut cenderung membuat orbit lebih melingkar. Sistem planet dan bulan memiliki sejumlah momentum sudut dan sejumlah energi. Momentum sudut tidak dapat berubah, tetapi energi dapat diubah menjadi panas dan karena pasang surut menghilangkan sebagian energi sebagai panas, orbit akan cenderung berubah menjadi bentuk yang meminimalkan energi, dengan jumlah momentum sudut tertentu. Bentuk itu lingkaran. (Lihat Apakah orbit bulan beredar? Mengapa pemanasan pasang surut mengedarkan orbit? )
Jadi efek pasang surut adalah memberi bulan "kecepatan Goldilocks" yang membuatnya tetap dalam orbit melingkar.
Pemahaman saya adalah bahwa bulan diciptakan sejak dahulu kala ketika Bumi ditabrak asteroid besar.
Asteroid besar? Jika Anda ingin menyebut Mars sebagai "asteroid besar", maka ya, hipotesis tumbukan raksasa mengatakan bahwa Bumi ditabrak asteroid besar. Jika hipotesis tumbukan raksasa benar, massa penabrak secara signifikan lebih besar (dengan faktor delapan hingga sepuluh) daripada massa Bulan. Sebagian besar massa penabrak jatuh kembali ke proto-Bumi. Jumlah yang sangat kecil mungkin lolos.
Sisa puing, kira-kira sepersepuluh dari massa asli penabrak, memiliki cukup energi untuk mengorbit tetapi tidak cukup energi untuk melarikan diri. Awan puing kemudian beredar, dan kemudian menarik dirinya sendiri.
Ini mungkin gambaran yang terlalu cantik, yang mengarah ke poin saya berikutnya:
Ini sepertinya sangat tidak mungkin.
Bahwa ini mungkin sangat tidak mungkin adalah salah satu solusi yang diusulkan untuk Paradoks Fermi , yang mempertanyakan mengapa makhluk asing tidak menjajah Bumi: Di mana alien? Jika kehidupan cerdas membutuhkan planet di zona Goldilocks, tabrakan Goldilocks yang menciptakan bulan masif yang menstabilkan orientasi planet, jumlah air Goldilocks, dan iklim Goldilocks yang menjaga iklim relatif stabil selama lebih dari satu miliar tahun, maka mungkin cerdas hidup sangat jarang. Kita manusia mungkin ada di sini karena planet kita adalah salah satu dari sedikit pemenang dalam lotere antargalaksi di mana hampir setiap planet adalah pecundang.
Saya hanya ingin menambahkan beberapa angka. Stasiun Luar Angkasa Internasional mengorbit dengan kecepatan 7,66 km / s (27.600 km / jam). Di sisi lain, kecepatan lepas Bumi sekitar 11 km / s (40.000 km / jam). Artinya, apapun dengan kecepatan dalam kisaran itu akan mengorbit bumi. Jadi tidak perlu ada semacam kecepatan yang tepat agar objek tetap berada di orbit Bumi. Memang, orbit fragmen dari tumbukan raksasa memiliki bentuk yang berbeda, tetapi selama jutaan tahun mereka mulai mengumpul dan akhirnya objek terbesar membersihkan fragmen yang lebih kecil karena orbit dengan berbagai bentuk tidak berkelanjutan dalam jangka panjang.
Anda mungkin berasumsi bahwa hasil tabrakan itu adalah awan besar puing dengan berbagai ukuran. Beberapa bit akan dengan cepat kembali ke apa yang tersisa dari Bumi, bit lainnya akan terbang ke luar angkasa, dan beberapa bit akan tetap berada di orbit cukup lama untuk bergabung ke Bulan. Pada skala ini, benda padat berperilaku kurang lebih seperti cairan sehingga Bumi dan Bulan terbentuk menjadi bentuk bola yang kasar. Bulan Mars, yang lebih kecil dan (IIRC) lebih baru, agak kurang bulat.
Saya tidak yakin apakah saya memahami pertanyaan Anda atau saya hanya tidak menjawab pertanyaan Anda dengan benar. Namun, bumi telah dibombardir oleh banyak puing-puing yang mengambang di sekitar tata surya awal. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa di sabuk sekitar Matahari, berbagai agregasi material terjadi melalui ketertarikan timbal balik dari material yang lebih kecil, yang tumbuh. Begitulah cara semua planet terbentuk dalam sistem bintang. Pada periode waktu tertentu, beragam puing-puing berkumpul bersama di mana cukup besar untuk disebut planet proto dan sisanya masih disebut puing atau asteroid.
Teori yang Anda sebutkan disebut teori dampak raksasa atau dampak Theia. Bumi tidak ditabrak asteroid, melainkan oleh proto planet lain yang disebut Theia. Diasumsikan bahwa hal ini sering terjadi, juga di sistem bintang lain. Fakta bahwa dari tumbukan ini bumi dan bulan terbentuk dalam bentuk yang mereka miliki saat ini, adalah unik di tata surya kita. Kami hanya melihatnya dengan bumi. Namun, dampak antar planet proto tidak dianggap langka di tata surya awal, sehingga kemungkinan dampak Theia bisa terjadi mungkin kecil, tetapi mengingat peluang bertabrakannya planet proto sangat tinggi, kemungkinan itu ada.
Sekarang kembali ke pernyataan Anda bahwa bulan memiliki kecepatan yang tepat untuk tetap berada di orbit dengan bumi. Ini tidak benar. Bulan sebenarnya memiliki kecepatan yang terlalu tinggi untuk tetap berada di orbit dan jarak antara bumi dan bulan semakin besar setiap tahunnya. Pengukuran presisi tinggi dibuat dan menunjukkan bahwa bulan berputar menjauh dari bumi dengan kecepatan sekitar 4 sentimeter per tahun. Tentu saja selama 4 miliar tahun terakhir, jaraknya cukup jauh dan hal ini menunjukkan bahwa kecepatannya tidak tepat, tetapi agak terlalu tinggi.
Namun, tabrakan seperti Theia antara Venus dan planet proto lain tidak akan menghasilkan sistem planet bulan, karena gaya pasang surut dari matahari. Hal serupa akan berlaku untuk Mars, tetapi di sini Jupiter adalah alasan tidak adanya pasangan semacam itu. Planet luar terlalu besar dan tidak akan menghasilkan materi yang dapat lepas dari gravitasi planet.
Jadi, ya, keberadaan bulan bumi bisa dilihat sebagai situasi yang unik, tapi ini bukan karena jenis tumbukannya tidak terjadi. Itu karena bumi berada pada jarak yang tepat dari matahari dan Jupiter sehingga menghasilkan pasangan seperti itu. Dampak seperti dampak Theia tidak jarang terjadi. Namun, pahamilah bahwa Theia-impact adalah teori yang diterima dengan baik, tetapi tidak diragukan lagi. Ada beberapa pertanyaan tentang validitas teori ini.
Hormat kami, MacUserT
Hal yang tidak disebutkan di atas adalah bahwa kawanan material primordial yang pada akhirnya akan membentuk Bulan, rata-rata, memiliki arah orbit yang sama di sekitar Bumi seperti yang dilakukan Bulan saat ini. Dalam hal ini, kita tidak boleh mengabaikan tabrakan antara materi di mana momen radial dibatalkan dan hanya menyisakan, atau sebagian besar, momen tangensial (mungkin dengan bahan batu bara). Demikian pula, tumbukan yang sejajar dengan sumbu orbit umumnya akan mengurangi momen yang sejajar dengan sumbu orbit dan mengarah ke piringan material (seperti yang terlihat pada cincin Saturnus). Gravitasi diri kemudian akan menciptakan 'gumpalan' di cakram dan gumpalan dominan akan menarik material ke dirinya sendiri dan membentuk satu benda. Ini bukan hanya masalah dinamika orbital tetapi juga masalah pertukaran momentum dan statistik agregasi.