Księżyc ma odpowiednią prędkość, aby nie rozbić się o Ziemię ani nie uciec w kosmos. Jakie są szanse?
Rozumiem, że księżyc powstał dawno temu, kiedy Ziemię uderzyła duża asteroida.
Szczątki następnie gromadziły się na Księżycu, który tak się składa, że krąży z dokładną prędkością wymaganą do tego, aby ani nie zderzyć się z Ziemią, ani uciec w kosmos.
Posiadanie dokładnej prawidłowej prędkości wydaje się niezwykle mało prawdopodobne. Jednak nasz księżyc jest tam, a wiele innych planet ma księżyce.
Czy to tylko nieliczni ocaleni z tysięcy wydarzeń, które nie miały szybkości „złotej gilzy”?
Odpowiedzi
Nie ma „prędkości Złotowłosej” dla orbity. Jeśli umieścisz dwa obiekty w przestrzeni i nadasz im prędkość względem siebie, to pod warunkiem, że prędkość ta jest mniejsza niż prędkość ucieczki (w ich względnej odległości), oba obiekty będą krążyć wokół siebie.
Orbity te będą eliptyczne i możliwe jest, że elipsa jest na tyle cienka i „ekscentryczna”, że dwa ciała zderzają się, gdy są najbliżej siebie. Ale jak na obiekt, który znajduje się kilkaset tysięcy kilometrów od Ziemi, istnieje dość szeroki zakres możliwych orbit eliptycznych.
Więc kiedy (i jeśli) nastąpiło wielkie zderzenie, ogromna ilość materii została wyrzucona w kosmos. Niektóre prawdopodobnie poruszały się tak szybko, że uciekły. Niektóre z pewnością weszły na orbity, które nie miały wystarczającej energii, podobnie jak małe, chude elipsy, a materia spadła z powrotem na Ziemię. Jednak wiele z nich znalazło się na eliptycznej orbicie. Ta materia nie znajdowała się na tej samej orbicie, ale zaczęła się łączyć i formować w jedną kulkę pod wpływem własnej grawitacji.
Inne księżyce nie zostały uformowane w ten sposób, albo uformowały się w tym samym czasie co ich planety jako „mini układ słoneczny” (np. Cztery główne księżyce Jowisza) lub zostały uchwycone z asteroidy lub pasów Kuipera). Początkowo uchwycone księżyce mogły mieć raczej eliptyczne orbity.
Jednak większość księżyców krąży po raczej kołowych orbitach. Nawet jeśli księżyc pierwotnie znajdował się na orbicie eliptycznej, efekty pływowe sprawią, że orbita będzie bardziej okrągła. Układ planet i księżyców ma określony moment pędu i pewną ilość energii. Moment pędu nie może się zmienić, ale energię można przekształcić w ciepło, a ponieważ pływy rozpraszają część energii w postaci ciepła, orbita będzie miała tendencję do zmiany kształtu, który minimalizuje energię dla danej wielkości pędu. Ten kształt to okrąg. (Zobacz: Czy orbita księżyca jest cykliczna? Dlaczego ogrzewanie pływowe powoduje cyrkulację orbity? )
Tak więc efektem pływów jest nadanie księżycom „prędkości Złotowłosej”, która utrzymuje je na orbicie kołowej.
Rozumiem, że księżyc powstał dawno temu, kiedy Ziemię uderzyła duża asteroida.
Wielka asteroida? Jeśli chcesz nazwać Marsa „wielką asteroidą”, to tak, hipoteza gigantycznego uderzenia mówi, że w Ziemię uderzyła duża asteroida. Jeśli hipoteza gigantycznego uderzenia jest poprawna, masa impaktora była znacznie większa (o współczynnik od ośmiu do dziesięciu) niż masa Księżyca. Zdecydowana większość masy impaktora spadła z powrotem na proto-Ziemię. Mogła uciec bardzo niewielka ilość.
Reszta szczątków, w przybliżeniu jedna dziesiąta pierwotnej masy impaktora, miała wystarczająco dużo energii, aby orbitować, ale niewystarczająco energii, aby uciec. Chmura szczątków zawęziła się, a następnie przyciągnęła.
To może być zbyt ładne zdjęcie, co prowadzi do następnego punktu:
Wydaje się to niezwykle mało prawdopodobne.
To, że może to być bardzo mało prawdopodobne, jest jednym z proponowanych rozwiązań paradoksu Fermiego , który pyta, dlaczego obce istoty nie skolonizowały Ziemi: gdzie są obcy? Jeśli inteligentne życie wymaga planety w strefie Złotowłosej, kolizji Złotowłosej, która tworzy masywny księżyc stabilizujący orientację planety, ilości wody Złotowłosej i klimatu Złotowłosej, który utrzymuje klimat względnie stabilny przez ponad miliard lat, to być może inteligentny życie jest niezwykle rzadkie. My, ludzie, możemy tu być, ponieważ nasza planeta była jednym z nielicznych zwycięzców w międzygalaktycznej loterii, w której prawie każda planeta przegrywa.
Chcę tylko dodać kilka liczb. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna krąży po orbicie z prędkością 7,66 km / s (27,600 km / h). Z drugiej strony prędkość ucieczki Ziemi wynosi około 11 km / s (40 000 km / h). Oznacza to, że wszystko, co ma prędkość w tym zakresie, będzie krążyło wokół Ziemi. Więc nie musi to być jakaś dokładna prędkość, aby obiekty mogły pozostać na orbicie Ziemi. To prawda, że orbity fragmentów uderzenia Olbrzyma miały różne kształty, ale przez miliony lat zaczęły się zlepiać i ostatecznie największy obiekt czyścił mniejsze fragmenty, ponieważ orbity o różnych kształtach nie są trwałe w perspektywie długoterminowej.
Można rozsądnie założyć, że wynikiem zderzenia była wielka chmura odłamków różnej wielkości. Niektóre bity szybko wrócą do tego, co zostało z Ziemi, inne odlecą w kosmos, a niektóre pozostaną mniej więcej na orbicie wystarczająco długo, aby połączyć się w Księżyc. W tej skali ciała stałe zachowują się mniej więcej jak ciecze, więc zarówno Ziemia, jak i Księżyc uformowały się w mniej więcej kuliste kształty. Księżyce Marsa, nieco mniejsze i nowsze (IIRC), są raczej mniej kuliste.
Nie jestem pewien, czy zrozumiałem twoje pytanie, czy po prostu nie odpowiedziałem poprawnie. Jednak Ziemia została zbombardowana przez wiele śmieci unoszących się we wczesnym Układzie Słonecznym. Było to spowodowane faktem, że w pasie wokół Słońce różne skupiska materii zachodziły w wyniku wzajemnego przyciągania się mniejszych materiałów, które rosły. W ten sposób wszystkie planety uformowały się w układach gwiezdnych. W pewnym okresie zróżnicowane skupiały się razem szczątki, które były na tyle duże, że można je było nazwać proto planetami, a resztą był nadal nazywany gruzem lub asteroidami.
Teoria, o której wspominasz, nazywa się teorią gigantycznego uderzenia lub uderzeniem Thei. Ziemia nie została uderzona przez asteroidę, ale przez inną proto planetę zwaną Theia. Zakłada się, że dzieje się to często, także w innych systemach gwiezdnych. Fakt, że w wyniku tego uderzenia Ziemia i Księżyc uformowały się w obecnej formie, jest unikalny w naszym Układzie Słonecznym. Widzimy to tylko z ziemią. Jednak zderzenia między proto planetami nie są uważane za rzadkie we wczesnym Układzie Słonecznym, więc prawdopodobieństwo, że zderzenie się mogło nastąpić, mogło być niewielkie, ale biorąc pod uwagę, że prawdopodobieństwo zderzenia proto planet było bardzo duże, taka możliwość istniała.
Wróćmy teraz do twojej uwagi, że księżyc ma dokładnie taką prędkość, aby pozostawać na orbicie z Ziemią. To nie jest prawda. Księżyc w rzeczywistości ma zbyt dużą prędkość, aby pozostać na orbicie, a odległość między Ziemią a Księżycem rośnie z każdym rokiem. Przeprowadzane są bardzo precyzyjne pomiary, które wskazują, że księżyc oddala się od Ziemi z prędkością około 4 centymetrów rocznie. Jeśli chodzi o przebieg ostatnich 4 miliardów lat, to był to dość duży dystans, który sugeruje, że prędkość nie jest do końca odpowiednia, ale trochę za wysoka.
Mimo to zderzenie Wenus z inną protoplanetą, podobne do tei, nie spowodowałoby powstania planetarnego układu księżycowego, ze względu na siły pływowe pochodzące ze słońca. Podobnie byłoby z Marsem, ale tutaj Jowisz jest przyczyną braku takiej pary. Planety zewnętrzne są zbyt duże i nie spowodowałyby, że materia byłaby w stanie uciec przed grawitacją planety.
Zatem tak, istnienie ziemskiego księżyca można postrzegać jako wyjątkową sytuację, ale nie dzieje się tak dlatego, że tego rodzaju uderzenia nie miały miejsca. To dlatego, że Ziemia znajdowała się w odpowiedniej odległości od Słońca i Jowisza, aby powstała taka para. Oddziaływania takie jak Theia nie były rzadkie. Zrozum jednak, że wpływ Theii jest teorią, która ma dobrą akceptację, ale nie jest niewątpliwa. Istnieje kilka pytań dotyczących słuszności tej teorii.
Z poważaniem, MacUserT
Nie wspomniano powyżej, że pierwotny rój materii, który ostatecznie uformowałby Księżyc, miałby średnio ten sam kierunek orbity wokół Ziemi, co Księżyc dzisiaj. W takim przypadku nie powinniśmy ignorować kolizji między tym materiałem, w których momenty radialne są anulowane i pozostawić tylko, lub głównie, pędy styczne (prawdopodobnie z materiałem węglowym). Podobnie zderzenia równoległe do osi orbity generalnie zmniejszyłyby pędy równoległe do osi orbity i doprowadziłyby do dysku materiału (jak widać na pierścieniach Saturna). Grawitacja własna stworzyłaby wtedy „zbrylenie” w dysku, a dominująca bryła preferencyjnie przyciągałaby do siebie materiał i tworzyłaby jedno ciało. To nie jest tylko problem z dynamiką orbity, ale także problem wymiany pędu i statystyki agregacji.