La luna ha la velocità giusta per non schiantarsi sulla Terra o fuggire nello spazio. Quali sono le probabilità?
La mia comprensione è che la luna è stata creata molto tempo fa quando la Terra è stata colpita da un grande asteroide.
I detriti si sono poi agglomerati nella Luna, che sembra essere in orbita alla velocità esatta richiesta per non schiantarsi di nuovo sulla Terra, né per fuggire nello spazio.
Avere la velocità esatta esatta sembra estremamente improbabile. Eppure, la nostra luna è lì e molti altri pianeti hanno lune.
Sono solo i pochi sopravvissuti di migliaia di eventi che non hanno avuto la velocità "riccioli d'oro"?
Risposte
Non esiste una "velocità di Riccioli d'oro" per l'orbita. Se metti due oggetti nello spazio e dai loro una velocità relativa l'uno rispetto all'altro, a condizione che la velocità sia inferiore alla velocità di fuga (alla loro distanza relativa) i due oggetti orbiteranno l'un l'altro.
Quelle orbite saranno ellittiche, ed è possibile che l'ellisse sia abbastanza sottile ed "eccentrica" perché i due corpi si scontrino quando sono più vicini l'uno all'altro. Ma per un oggetto che si trova a diverse centinaia di migliaia di km dalla Terra, esiste una gamma piuttosto ampia di possibili orbite ellittiche.
Quindi, quando (e se) è avvenuta la grande collisione, c'era un'enorme quantità di materia che è stata espulsa nello spazio. Alcuni probabilmente si stavano muovendo così velocemente da fuggire, altri certamente entrarono in orbite che non avevano abbastanza energia e quindi erano piccole ellissi sottili e la materia ricadde sulla Terra. Ma molte cose finirono in una sorta di orbita ellittica. Questa materia non era tutta nella stessa orbita, ma iniziò a fondersi e formarsi in un'unica palla, sotto la sua stessa gravità.
Altre lune non si sono formate in questo modo, si sono formate contemporaneamente ai loro pianeti come un "mini sistema solare" (come le quattro lune principali di Giove) o sono state catturate dalle fasce di asteroidi o di Kuiper). Inizialmente, le lune catturate potrebbero aver avuto orbite piuttosto ellittiche.
Ma la maggior parte delle lune ha orbite piuttosto circolari. Anche se la luna era originariamente in un'orbita ellittica, gli effetti di marea tenderanno a rendere l'orbita più circolare. Un sistema di pianeta e luna ha una certa quantità di momento angolare e una certa quantità di energia. Il momento angolare non può cambiare, ma l'energia può essere convertita in calore e poiché le maree dissipano una parte di energia sotto forma di calore, l'orbita tenderà a cambiare in una forma che minimizza l'energia, per una data quantità di momento angolare. Quella forma è un cerchio. (Vedi L'orbita della luna sta circolando? Perché il riscaldamento della marea circolarizza le orbite? )
Quindi l'effetto delle maree è quello di dare alle lune la "velocità di Riccioli d'Oro" che le mantiene in un'orbita circolare.
La mia comprensione è che la luna è stata creata molto tempo fa quando la Terra è stata colpita da un grande asteroide.
Un grande asteroide? Se vuoi chiamare Marte un "grande asteroide", allora sì, l'ipotesi dell'impatto gigante dice che la Terra è stata colpita da un grande asteroide. Se l'ipotesi dell'impatto gigante è corretta, la massa del dispositivo di simulazione era significativamente maggiore (da un fattore otto a dieci) rispetto alla massa della Luna. La stragrande maggioranza della massa del dispositivo di simulazione è ricaduta sulla proto-Terra. Potrebbe essere sfuggita una quantità molto piccola.
Il resto dei detriti, circa un decimo della massa originale del dispositivo di simulazione, aveva abbastanza energia per orbitare ma non abbastanza energia per fuggire. La nuvola di detriti si è poi circoscritta e poi si è attratta.
Questa potrebbe essere un'immagine troppo carina, il che porta al mio punto successivo:
Questo sembra estremamente improbabile.
Che questo possa essere estremamente improbabile è una delle soluzioni proposte al paradosso di Fermi , che chiede perché gli esseri alieni non abbiano colonizzato la Terra: dove sono gli alieni? Se la vita intelligente richiede un pianeta nella zona di Riccioli d'oro, una collisione di Riccioli d'oro che crea una luna enorme che stabilizza l'orientamento del pianeta, una quantità d'acqua di Riccioli d'oro e un clima di Riccioli d'oro che mantiene il clima relativamente stabile per oltre un miliardo di anni, allora forse intelligente la vita è estremamente rara. Noi umani potremmo essere qui perché il nostro pianeta è stato uno dei pochi vincitori di una lotteria intergalattica in cui quasi ogni pianeta è un perdente.
Voglio solo aggiungere dei numeri. La Stazione Spaziale Internazionale orbita alla velocità di 7,66 km / s (27.600 km / h). D'altra parte, la velocità di fuga della Terra è di circa 11 km / s (40.000 km / h). Ciò significa che qualsiasi cosa con la velocità in quella gamma orbiterà attorno alla Terra. Quindi non è necessario che ci sia un qualche tipo di velocità precisa affinché gli oggetti rimangano nell'orbita terrestre. Certo, le orbite dei frammenti dell'impatto del Gigante avevano forme diverse, ma nel corso di milioni di anni hanno iniziato a raggrupparsi e alla fine l'oggetto più grande ha pulito i frammenti più piccoli perché orbite di forme diverse non sono sostenibili a lungo termine.
Si potrebbe ragionevolmente presumere che il risultato della collisione sia stata una grande nuvola di detriti di varie dimensioni. Alcuni bit saranno tornati rapidamente a ciò che era rimasto della Terra, altri saranno volati nello spazio e alcuni saranno rimasti più o meno in orbita abbastanza a lungo da fondersi nella Luna. A questa scala, i solidi si comportano più o meno come i liquidi e quindi sia la Terra che la Luna si sono formate in forme approssimativamente sferiche. Le lune di Marte, essendo un po 'più piccole e (IIRC) più recenti, sono piuttosto meno sferiche.
Non sono sicuro di aver capito la tua domanda o semplicemente non ho risposto correttamente alla tua domanda. Tuttavia, la terra è stata bombardata da molti detriti che fluttuavano nel primo sistema solare. Ciò era dovuto al fatto che nella cintura intorno il sole varie aggregazioni di materiale avvenivano attraverso l'attrazione reciproca di materiali più piccoli, che crescevano. Questo è il modo in cui tutti i pianeti si sono formati nei sistemi stellari. Ad un certo periodo nel tempo i diversi detriti si raggruppavano insieme dove erano abbastanza grandi da essere chiamati proto pianeti e il resto era ancora chiamato detriti o asteroidi.
La teoria che stai citando è chiamata teoria dell'impatto gigante o impatto di Theia. La Terra non è stata colpita da un asteroide, ma da un altro proto pianeta chiamato Theia. Si presume che questo sia accaduto molto, anche in altri sistemi stellari. Il fatto che da questo impatto la terra e la luna si siano formate nella forma che hanno attualmente, è unico nel nostro sistema solare. Lo vediamo solo con la terra. Tuttavia, gli impatti tra i protopianeti non sono considerati rari nel sistema solare primitivo, quindi la possibilità che l'impatto di Theia potesse accadere poteva essere piccola, ma considerando la possibilità di collidere con i protopianeti era molto alta, la possibilità era lì.
Ora torniamo alla tua osservazione che la luna ha esattamente la velocità giusta per rimanere in orbita con la terra. Questo non è vero. La luna in realtà ha una velocità troppo alta per rimanere in orbita e la distanza tra la terra e la luna aumenta ogni anno. Vengono effettuate misurazioni di alta precisione e suggeriscono che la luna si sta allontanando a spirale dalla terra con una velocità di circa 4 centimetri all'anno. Di lì nel corso degli ultimi 4 miliardi di anni, questa è stata quindi una certa distanza e suggerisce che la velocità non è esattamente giusta, ma un po 'troppo alta.
Tuttavia, una collisione simile a Theia tra Venere e un altro proto pianeta non si sarebbe tradotta in un sistema planetario lunare, a causa delle forze di marea del sole. Una cosa simile si applicherebbe per Marte, ma qui Giove è la ragione dell'assenza di una tale coppia. I pianeti esterni sono troppo grandi e non avrebbero consentito al materiale di sfuggire alla gravità del pianeta.
Quindi, sì, l'esistenza della luna terrestre può essere vista come una situazione unica, ma questo non è perché il tipo di impatto non è avvenuto. È perché la terra si trovava alla giusta distanza dal sole e da Giove per creare una coppia del genere. Impatti come quello di Theia non erano rari. Tuttavia, comprendi che l'impatto di Theia è una teoria che ha una buona accettazione, ma non è indubbia. Ci sono diverse domande sulla validità di questa teoria.
Cordiali saluti, MacUserT
Un punto non menzionato sopra è che lo sciame primordiale di materiale che alla fine avrebbe formato la Luna avrebbe, in media, la stessa direzione di orbita attorno alla Terra che ha la Luna oggi. In tal caso, non dovremmo ignorare le collisioni tra quel materiale in cui i momenti radiali vengono annullati e lasciano solo, o principalmente, i momenti tangenziali (possibilmente con materiale coalizzato). Allo stesso modo, le collisioni parallele all'asse dell'orbita ridurrebbero generalmente i momenti paralleli all'asse dell'orbita e porterebbero a un disco di materiale (come si vede per gli anelli di Saturno). L'auto-gravità creerebbe quindi "grumosità" nel disco e il nodulo dominante attrarrebbe preferenzialmente il materiale a se stesso e formerebbe un corpo unico. Non è solo un problema di dinamica orbitale, ma anche di scambio di quantità di moto e statistiche di aggregazione.