ดวงจันทร์มีความเร็วที่เหมาะสมที่จะไม่ชนโลกหรือหลบหนีไปในอวกาศ อัตราต่อรองคืออะไร?
ความเข้าใจของฉันคือดวงจันทร์ถูกสร้างขึ้นเมื่อนานมาแล้วเมื่อโลกถูกดาวเคราะห์น้อยใหญ่ชน
จากนั้นเศษซากเหล่านั้นก็รวมตัวกันเป็นดวงจันทร์ซึ่งเกิดขึ้นโดยโคจรด้วยความเร็วที่แน่นอนเพื่อไม่ให้ชนกลับเข้าสู่โลกหรือหลบหนีไปในอวกาศ
การมีความเร็วที่ถูกต้องดูเหมือนจะไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง กระนั้นดวงจันทร์ของเราก็อยู่ที่นั่นและดาวเคราะห์อื่น ๆ อีกมากมายก็มีดวงจันทร์
เหล่านี้เป็นเพียงผู้รอดชีวิตเพียงไม่กี่คนจากหลายพันเหตุการณ์ที่ไม่มีความเร็ว« goldilock »หรือไม่?
คำตอบ
ไม่มี "ความเร็ว Goldilocks" สำหรับวงโคจร หากคุณใส่วัตถุสองชิ้นในอวกาศและให้ความเร็วสัมพันธ์กันหากความเร็วนั้นน้อยกว่าความเร็วหลบหนี (ที่ระยะสัมพัทธ์) วัตถุทั้งสองจะโคจรรอบกัน
วงโคจรเหล่านั้นจะเป็นวงรีและมีความเป็นไปได้ว่าวงรีจะผอมและ "เบี้ยว" มากพอที่ทั้งสองจะชนกันเมื่ออยู่ใกล้กันมากที่สุด แต่สำหรับวัตถุที่อยู่ห่างจากโลกหลายแสนกม. มีวงโคจรวงรีค่อนข้างกว้าง
ดังนั้นเมื่อ (และถ้า) การชนครั้งใหญ่เกิดขึ้นมีสสารจำนวนมากที่ถูกขับออกไปในอวกาศ บางคนอาจเคลื่อนที่เร็วมากจนมันหนีไปบางคนก็เข้าสู่วงโคจรที่ไม่มีพลังงานเพียงพอและมีจุดไข่ปลาเล็ก ๆ น้อย ๆ และสสารก็ตกลงกลับมายังโลก แต่มีจำนวนมากที่ลงเอยด้วยวงโคจรรูปไข่บางชนิด สสารนี้ไม่ได้อยู่ในวงโคจรเดียวกันทั้งหมด แต่มันเริ่มรวมตัวกันและก่อตัวเป็นลูกบอลเดี่ยวภายใต้แรงโน้มถ่วงของมันเอง
ดวงจันทร์ดวงอื่นไม่ได้ก่อตัวขึ้นเช่นนี้พวกมันอาจก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกันกับดาวเคราะห์ของพวกมันในรูปแบบ "ระบบสุริยะขนาดเล็ก" (เช่นดวงจันทร์หลัก 4 ดวงของดาวพฤหัสบดี) หรือถูกจับจากดาวเคราะห์น้อยหรือแถบไคเปอร์) ในขั้นต้นดวงจันทร์ที่ถูกจับได้อาจมีวงโคจรค่อนข้างเป็นรูปไข่
แต่ดวงจันทร์ส่วนใหญ่อยู่ในวงโคจรค่อนข้างกลม แม้ว่าดวงจันทร์จะอยู่ในวงโคจรรูปไข่ แต่เดิมผลกระทบจากน้ำขึ้นน้ำลงจะทำให้วงโคจรเป็นวงกลมมากขึ้น ระบบดาวเคราะห์และดวงจันทร์มีโมเมนตัมเชิงมุมจำนวนหนึ่งและพลังงานจำนวนหนึ่ง โมเมนตัมเชิงมุมไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ แต่พลังงานสามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้และเนื่องจากกระแสน้ำกระจายพลังงานบางส่วนเป็นความร้อนวงโคจรจึงมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นรูปร่างที่ลดพลังงานให้น้อยที่สุดสำหรับโมเมนตัมเชิงมุมจำนวนหนึ่งที่กำหนด รูปร่างนั้นเป็นวงกลม (ดูวงโคจรของดวงจันทร์เป็นวงกลมหรือไม่ทำไมความร้อนจากน้ำขึ้นน้ำลงจึงทำให้วงโคจรเป็นวงกลม )
ดังนั้นผลของกระแสน้ำคือการทำให้ดวงจันทร์มี "ความเร็วโกลดิล็อกส์" ซึ่งทำให้ดวงจันทร์อยู่ในวงโคจรเป็นวงกลม
ความเข้าใจของฉันคือดวงจันทร์ถูกสร้างขึ้นเมื่อนานมาแล้วเมื่อโลกถูกดาวเคราะห์น้อยใหญ่ชน
ดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่? ถ้าคุณต้องการเรียกดาวอังคารว่าเป็น "ดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่" ใช่แล้วสมมติฐานผลกระทบขนาดยักษ์บอกว่าโลกถูกดาวเคราะห์น้อยใหญ่ชน หากสมมติฐานผลกระทบขนาดยักษ์ถูกต้องมวลของอิมแพคเตอร์จะใหญ่กว่ามวลของดวงจันทร์อย่างมีนัยสำคัญ มวลส่วนใหญ่ของอิมแพคเตอร์ตกกลับไปที่โปรโต - เอิร์ ธ จำนวนน้อยมากอาจหลุดรอดไป
เศษซากที่เหลือประมาณหนึ่งในสิบของมวลเดิมของอิมแพคเตอร์มีพลังงานเพียงพอที่จะโคจร แต่พลังงานไม่เพียงพอที่จะหลบหนี จากนั้นเมฆเศษก็หมุนวนแล้วดึงดูดตัวเอง
นี่อาจเป็นภาพที่สวยเกินไปซึ่งนำไปสู่ประเด็นต่อไปของฉัน:
ดูเหมือนว่าไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่ง
สิ่งนี้อาจไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งเป็นหนึ่งในวิธีแก้ปัญหาที่เสนอให้กับFermi Paradoxซึ่งถามว่าทำไมมนุษย์ต่างดาวถึงไม่ได้ตั้งรกรากบนโลก: เอเลี่ยนอยู่ที่ไหน? หากชีวิตที่ชาญฉลาดต้องการดาวเคราะห์ในเขต Goldilocks การชนกันของ Goldilocks ที่สร้างดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่ทำให้ทิศทางของดาวเคราะห์คงที่ปริมาณน้ำของ Goldilocks และสภาพภูมิอากาศแบบ Goldilocks ที่ทำให้สภาพอากาศค่อนข้างคงที่มานานกว่าพันล้านปีแล้วบางทีอาจจะฉลาด ชีวิตเป็นสิ่งที่หายากมาก มนุษย์เราอาจอยู่ที่นี่เพราะโลกของเราเป็นหนึ่งในผู้ชนะเพียงไม่กี่รายในลอตเตอรีอวกาศที่ดาวเคราะห์เกือบทุกดวงเป็นผู้แพ้
ฉันแค่อยากจะเพิ่มตัวเลข สถานีอวกาศนานาชาติโคจรด้วยความเร็ว 7.66 กม. / วินาที (27,600 กม. / ชม.) ในทางกลับกันความเร็วในการหลบหนีของโลกอยู่ที่ประมาณ 11 กม. / วินาที (40,000 กม. / ชม.) ซึ่งหมายความว่าอะไรก็ตามที่มีความเร็วในช่วงนั้นจะโคจรรอบโลก ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องมีความเร็วที่แม่นยำเพื่อให้วัตถุอยู่ในวงโคจรของโลก จริงอยู่ที่วงโคจรของชิ้นส่วนจากผลกระทบของยักษ์มีรูปร่างที่แตกต่างกัน แต่ในช่วงหลายล้านปีที่ผ่านมาพวกมันเริ่มรวมตัวกันเป็นก้อนและในที่สุดวัตถุที่ใหญ่ที่สุดก็ทำความสะอาดชิ้นส่วนที่เล็กกว่าเนื่องจากวงโคจรของรูปทรงที่แตกต่างกันนั้นไม่ยั่งยืนในระยะยาว
คุณอาจสันนิษฐานได้อย่างสมเหตุสมผลว่าผลของการชนกันคือก้อนเมฆขนาดใหญ่หลายขนาด บิตบางส่วนจะกลับมาสู่สิ่งที่เหลืออยู่ของโลกอย่างรวดเร็วส่วนบิตอื่น ๆ จะบินออกไปในอวกาศและบิตบางส่วนอยู่ในวงโคจรนานพอที่จะรวมตัวกันเป็นดวงจันทร์ได้ ในระดับนี้ของแข็งจะมีพฤติกรรมคล้ายของเหลวไม่มากก็น้อยทั้งโลกและดวงจันทร์จึงรวมตัวกันเป็นทรงกลม ดวงจันทร์ของดาวอังคารมีขนาดค่อนข้างเล็กและ (IIRC) ใหม่กว่ามีลักษณะเป็นทรงกลมค่อนข้างน้อย
ฉันไม่แน่ใจว่าเข้าใจคำถามของคุณหรือไม่หรือตอบคำถามของคุณไม่ถูกอย่างไรก็ตามโลกถูกถล่มด้วยเศษขยะจำนวนมากที่ลอยอยู่รอบ ๆ ระบบสุริยะยุคแรกนี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในสายพานรอบ ๆ ดวงอาทิตย์การรวมตัวของวัสดุต่างๆเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดซึ่งกันและกันของวัสดุขนาดเล็กที่เติบโตขึ้นนี่คือลักษณะที่ดาวเคราะห์ทั้งหมดก่อตัวขึ้นในระบบดาวในช่วงเวลาหนึ่งที่มีการรวมตัวกันเป็นกลุ่มเศษเล็กเศษน้อยซึ่งมีขนาดใหญ่พอที่จะเรียกว่าดาวเคราะห์โปรโตและส่วนที่เหลือ ยังคงถูกเรียกว่าเศษซากหรือดาวเคราะห์น้อย
ทฤษฎีที่คุณพูดถึงเรียกว่าทฤษฎีผลกระทบยักษ์หรือ Theia impact โลกไม่ได้ถูกดาวเคราะห์น้อยพุ่งชน แต่โดยดาวเคราะห์โปรโตดวงอื่นที่เรียกว่าธีอา สันนิษฐานว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นมากมายเช่นเดียวกับในระบบดาวอื่น ๆ ความจริงที่ว่าจากผลกระทบนี้โลกและดวงจันทร์ที่ก่อตัวขึ้นในรูปแบบที่พวกเขามีอยู่ในปัจจุบันถือเป็นเอกลักษณ์เฉพาะในระบบสุริยะ เราเห็นมันกับพื้นโลกเท่านั้น อย่างไรก็ตามผลกระทบระหว่างดาวเคราะห์โปรโตไม่ถือว่าหาได้ยากในระบบสุริยะยุคแรก ๆ ดังนั้นโอกาสที่ผลกระทบ Theia จะเกิดขึ้นอาจมีน้อย แต่เมื่อพิจารณาถึงโอกาสในการชนกันของดาวเคราะห์โปรโตนั้นสูงมากความเป็นไปได้ก็อยู่ที่นั่น
ตอนนี้กลับมาที่ข้อสังเกตของคุณว่าดวงจันทร์มีความเร็วที่เหมาะสมที่จะอยู่ในวงโคจรกับโลก นี่ไม่เป็นความจริง. ดวงจันทร์มีความเร็วสูงเกินกว่าที่จะอยู่ในวงโคจรได้และระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ก็เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในแต่ละปี ทำการวัดที่มีความแม่นยำสูงและชี้ให้เห็นว่าดวงจันทร์กำลังหมุนวนอยู่ห่างจากโลกด้วยความเร็วประมาณ 4 เซนติเมตรต่อปี แน่นอนว่าในช่วง 4 พันล้านปีที่ผ่านมานี่เป็นระยะทางค่อนข้างไกลและแสดงให้เห็นว่าความเร็วไม่ถูกต้อง แต่สูงเกินไปเล็กน้อย
ถึงกระนั้นการชนกันแบบธีอาระหว่างดาวศุกร์กับดาวเคราะห์โปรโตดวงอื่นจะไม่ส่งผลให้เกิดระบบดวงจันทร์ของดาวเคราะห์เนื่องจากแรงคลื่นจากดวงอาทิตย์ สิ่งที่คล้ายกันจะใช้กับดาวอังคาร แต่ที่นี่ดาวพฤหัสบดีเป็นสาเหตุของการไม่มีคู่ดังกล่าว ดาวเคราะห์วงนอกมีขนาดใหญ่เกินไปและจะไม่ส่งผลให้วัตถุสามารถหลบหนีจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ได้
ใช่แล้วการมีอยู่ของดวงจันทร์บนโลกอาจถูกมองว่าเป็นสถานการณ์ที่ไม่เหมือนใคร แต่นี่ไม่ใช่เพราะผลกระทบประเภทนี้ไม่ได้เกิดขึ้น เป็นเพราะโลกอยู่ในระยะห่างที่เหมาะสมจากดวงอาทิตย์และดาวพฤหัสบดีที่จะส่งผลให้เกิดคู่ดังกล่าว ผลกระทบเช่นผลกระทบ Theia ไม่ได้เกิดขึ้นได้ยาก อย่างไรก็ตามโปรดเข้าใจว่าผลกระทบของธีอาเป็นทฤษฎีที่มีการยอมรับที่ดี แต่ก็ไม่ต้องสงสัย มีคำถามมากมายเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีนี้
ขอแสดงความนับถือ MacUserT
ประเด็นที่ไม่ได้กล่าวถึงข้างต้นก็คือกลุ่มวัตถุดึกดำบรรพ์ที่สุดท้ายจะรวมตัวกันเป็นดวงจันทร์โดยเฉลี่ยแล้วจะมีทิศทางการโคจรรอบโลกเช่นเดียวกับที่ดวงจันทร์ทำในปัจจุบัน ในกรณีนี้เราไม่ควรเพิกเฉยต่อการชนกันระหว่างวัสดุนั้นซึ่งโมเมนต์ตามแนวรัศมีจะถูกยกเลิกและปล่อยทิ้งไว้เพียงอย่างเดียวหรือส่วนใหญ่เป็นโมเมนต์สัมผัส (อาจเกิดจากวัสดุที่มีการรวมตัว) ในทำนองเดียวกันการชนขนานกับแกนของวงโคจรโดยทั่วไปจะลดโมเมนต์ที่ขนานกับแกนของวงโคจรและนำไปสู่ดิสก์ของวัสดุ (ดังที่เห็นสำหรับวงแหวนของดาวเสาร์) จากนั้นแรงโน้มถ่วงในตัวเองจะสร้าง 'ความเป็นก้อน' ในดิสก์และก้อนที่โดดเด่นจะดึงดูดวัสดุให้เข้าหาตัวเองและรวมตัวกันเป็นเนื้อเดียว ไม่ใช่ปัญหาการเปลี่ยนแปลงของวงโคจร แต่ยังเป็นหนึ่งในการแลกเปลี่ยนโมเมนตัมและสถิติการรวมตัว