หากดวงจันทร์ได้รับผลกระทบจากอุกกาบาตที่มีขนาดพอเหมาะจะใช้เวลานานเท่าใดจึงจะกระทบโลก?

คำตอบให้กับคำถามของวิธีที่ดีที่ดวงจันทร์จะปกป้องโลกจากอุกกาบาต? กล่าวถึงความเป็นไปได้ที่ดวงจันทร์อาจถูกกระแทกเข้าสู่โลก

อะไรคือการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในวงโคจรของดวงจันทร์จากการถูกกระทบจากอุกกาบาตขนาดใหญ่ที่จะส่งผลกระทบต่อโลกในที่สุด (เช่น "วงรอบท่อระบายน้ำ")? ไทม์ไลน์ใดที่จะมีลักษณะ (นาทีชั่วโมงวันปีเป็นต้น)

อย่างที่หลายคนพูดกัน สาเหตุส่วนหนึ่งก็คือสาเหตุที่เอฟเฟกต์ "วนรอบท่อระบายน้ำ" ที่คุณอธิบายไม่ได้เกิดขึ้นจริงสำหรับวัตถุที่เป็นของแข็งที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าหลุมดำมาก วงโคจรไม่ใช่ "ล่อแหลม" ในลักษณะนั้น

ดังนั้นสมมติว่าบางสิ่งมีขนาดใหญ่พอและเร็วพอที่จะเปลี่ยนความเร็วได้อย่างเห็นได้ชัด แต่ไม่ใหญ่พอหรือเร็วพอที่จะแตกมันได้กระทบดวงจันทร์ ผลที่ได้คือการเปลี่ยนดวงจันทร์จากวงโคจรเกือบเป็นวงกลมรอบโลกไปเป็นวงรี มันอาจจะเข้าใกล้โลกมากกว่าที่เคยเป็นอยู่ในขณะนี้หนึ่งครั้งต่อการโคจรหนึ่งครั้งหรือห่างออกไปอีกเล็กน้อย (มันอาจแกว่งไปทางทิศเหนือและทิศใต้เล็กน้อย) ขึ้นอยู่กับทิศทางของผลกระทบ สิ่งที่สำคัญคือแม้ว่าแทร็กวงรีนี้จะมีเสถียรภาพอย่างน้อยในขณะที่ สมมติว่ามันถูกกระแทกเข้ากับวงโคจรที่อยู่ห่างจากโลก 220000 ไมล์ที่ใกล้ที่สุดและ 240000 ไมล์ที่ไกลที่สุดนั่นคือที่ที่มันจะอยู่ มันจะไม่ "หมุนวนใน"

ในช่วงเวลาที่ยาวนานแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ก็เข้ามามีบทบาทและสิ่งต่าง ๆ อาจเปลี่ยนไปเล็กน้อย แต่นั่นก็เป็นผลที่ค่อนข้างเล็ก

ทีนี้สมมติว่าผลกระทบมีขนาดใหญ่มากหรืออาจมีผลกระทบยาวนาน (เริ่มดูเหมือนการกระทำของศัตรู .. ) เพื่อให้จุดภายในสุดของวงรีถูกขับลงไปภายในไม่กี่พันไมล์ของโลก อย่างใดอย่างน่าอัศจรรย์ไม่ยอดเยี่ยมดวงจันทร์เป็นชิ้นส่วนในกระบวนการ ในระยะนี้มันเริ่มที่จะสำคัญว่าด้านใกล้ของดวงจันทร์อยู่ใกล้กับโลกมากกว่าด้านไกลดังนั้นแรงโน้มถ่วงของโลกจะดึงเข้าหามันมากขึ้น ถ้ามันโคจรใกล้กว่า 3000km ไปยังพื้นผิวโลกเป็นเวลานาน (ขีด จำกัด Roche) กองกำลังเหล่านี้จะดึงมันออกมาเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยในที่สุดและโลกน่าจะมีวงแหวนค่อนข้างสั้นในช่วงเวลาสั้น ๆ ก่อนเกิดการชนภายในระหว่างบิต พวกเขาจะตกลงมาบนโลกและฆ่าทุกคน

ในที่สุดสมมติว่าผลกระทบนั้นใหญ่มากจนทำให้ดวงจันทร์กลายเป็นวงรีวงรีซึ่งมีจุดในสุดอยู่ใกล้กับโลกจนโลกและดวงจันทร์สัมผัส เห็นได้ชัดว่านี่เป็นไปไม่ได้โดยไม่ทำให้ดวงจันทร์แตก แต่ในกรณีนี้ดวงจันทร์จะกระทบโลก เวลาของการชนจะอยู่ที่ 1/4 ของระยะเวลาการโคจรของดวงจันทร์ปัจจุบันซึ่งจะกล่าวถึงประมาณหนึ่งสัปดาห์

ไม่มีความเป็นไปได้ใด ๆ ที่ดวงจันทร์ถูกกระแทกจากวงโคจรของมันโดยการชนของดาวเคราะห์น้อย เมื่อเทียบกับดวงจันทร์ดาวเคราะห์น้อยประเภท Chicxulub ก็มีมวลน้อยมากและดวงจันทร์ก็ถูกโจมตีโดยพวกมันหลายดวง แต่อย่างที่คุณเห็นมันไม่ได้หลุดออกจากวงโคจรของมัน ดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดในแถบดาวเคราะห์น้อยคือเซเรสเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 ไมล์ มวลของมันนั้นเล็กมากเมื่อเทียบกับดวงจันทร์ แต่ถ้าปาฏิหาริย์ทำให้มันกระโดดออกจากวงโคจรของมันในแถบดาวเคราะห์น้อยครึ่งทางสู่ดาวพฤหัสและสร้างแนวผึ้งสำหรับดวงจันทร์ผลกระทบที่ 25 กิโลเมตรต่อวินาทีอาจ จะเพียงพอที่จะสร้างการโยกเยกเพียงเล็กน้อยในวงโคจรของดวงจันทร์ แต่ไม่มีที่ไหนใกล้พอที่จะส่งมันไปยังโลก ดวงจันทร์เคลื่อนห่างจากเราในอัตราหลายเซนติเมตรต่อปี

มีสองประเด็นที่เล่นที่นี่เพียงหนึ่งซึ่งเป็นเรื่องจริง

เป็นไปได้ที่จะคำนวณพลังงานและโมเมนตัมที่ผลกระทบของดาวเคราะห์น้อยจะต้องถ่ายโอนไปยังดวงจันทร์โดยสมมติว่าลูกบอลแข็งสองลูก (ลูกบิลเลียดลูกนิวตันแบบคลาสสิก) กระทบซึ่งกันและกัน (ไม่ว่าจะเป็นแรงกระแทกโดยตรง มีบางกรณีที่ผลที่ได้คือดวงจันทร์กำลังเข้าสู่วงโคจรซึ่งกระทบโลก

อย่างไรก็ตามก่อนที่ผลกระทบจะมีขนาดใหญ่พอที่จะเคลื่อนย้ายดวงจันทร์ที่เป็นของแข็งอย่างจริงจังทั้งสองศพหยุดทำตัวเหมือนมวลแข็งและทำตัวเหมือนหยดของเหลว พวกมันสาดขว้างหินหลอมเหลวและหินแข็งไปยังอวกาศในทุกทิศทางด้วยความเร็วที่หลากหลาย

ในสาระสำคัญนี่จะเป็นเหตุการณ์ที่มีขนาดเล็กกว่าซึ่งถูกสร้างขึ้นเพื่อสร้างดวงจันทร์ในสถานที่แรกโดยมีดาวเคราะห์ขนาดเท่าดาวอังคาร (ชื่อ Theia - h / o / w / t / h / e / y / y / d / i / s / c / o / v / e / r / e / d / i / t / s / n / a / m / e / i / d / o / n / '/ t / k / n / o / w) ชื่นชมโลกที่อายุน้อยมาก ดูบทความวิกิพีเดียสำหรับคำอธิบายสั้น ๆ ที่เหมาะสมและตัวชี้ไปที่รายละเอียดเพิ่มเติม

มีปัญหากับสมมติฐานนี้ในฐานะที่เป็นคำอธิบายของการก่อตัวของดวงจันทร์ แต่โครงร่างคร่าว ๆ ได้รับการสร้างแบบจำลองในรายละเอียดและมีความเข้าใจที่ดี ณ จุดนี้ พอผลกระทบอย่างมากที่จะย้ายอย่างจริงจังลูกบิลเลียดดวงจันทร์จะปล่อยมากจำนวนมากของพลังงานและโยนจำนวนมากของร็อคเข้ามาในพื้นที่ในทุกทิศทาง

หินหลวมส่วนใหญ่จะก่อตัวเป็นวงแหวนของดาวเคราะห์รอบโลกก่อนที่จะถูกจับโดยเศษซากของดวงจันทร์ พอที่จะชนโลกจะลำบากอย่างจริงจัง ฉันไม่ได้เห็นการประมาณการใด ๆ สำหรับวันใหม่ทางจันทรคติตี - มันจริงๆวิธี , วิธีลงบนรายการสิ่งที่ต้องกังวลเกี่ยวกับ - แต่กลับของซองประมาณการทำให้ฉันขอสงสัยที่ว่านี้จะเป็น เวลาที่ดีมากในการเข้าร่วมอาณานิคม Martian ของ Elon Musk ...

นี่คือคณิตศาสตร์สำหรับสถานการณ์ที่เร็วที่สุดซึ่งดวงจันทร์จะหยุดโคจรและตกสู่พื้นทันที:

$m_1 = 7.342 \times 10^{22} kg$

$m_2 = 5.9723 \times 10^{24} kg$

ระยะทางน้อยที่สุดระหว่างดวงจันทร์และโลก: $r = 356400000 m$

ค่าความโน้มถ่วงคงที่: $G = 6.6743 \times 10^{-11} m^3/(kg \times s^2)$

แรงที่ใช้กับทั้งดวงจันทร์และโลก: $F = G \times m_1 \times m_2 / r^2 = 230.402.044.289.682.584.669 N$

การเร่งความเร็วเริ่มต้นของดวงจันทร์สู่โลก: $a_1 = F / m_1 = 0.00313813735 m/s^2$

การเร่งความเร็วของโลกสู่ดวงจันทร์: $a_2 = F / m_2 = 0.00003857844 m/s^2$ การเร่งความเร็วแบบรวม: $a = a_1 + a_2 = 0.00317671579 m/s^2$

Time until impact assuming constant acceleration: $\sqrt{r/a} = 334949 s = 3.88 days$

That's not quite 1.5 hours (NoAnswer's answer) but also not a week (Steve Linton's answer). Plus, this is an upper bound (on the lower bound, duh), because the acceleration will increase as Moon closes in on Earth.

The answer to the question is the same as NoAnswer's but for different numbers: Anything between the lower bound (less than 4 days) and infinity (assuming unstable orbits can be achieved by not completely deorbiting Moon in one shot).

TL; DR: อะไรก็ได้ระหว่าง 1,5 ชั่วโมงถึงอินฟินิตี้

สมมติว่าดวงจันทร์จะถูกโจมตีโดยวัตถุที่มีมวลและความเร็วเท่ากัน แต่ทิศทางการเคลื่อนที่ตรงกันข้ามกับโลก

สมมุติว่าเศษซากขนาดใหญ่ที่เหลือจากผลกระทบขนาดมหึมานี้จะยังคงอยู่ในตำแหน่งสุดท้ายของดวงจันทร์ แต่จะมีความเร็วเป็นศูนย์ (อาจจะเป็นดาวเคราะห์น้อยที่ส่งผลกระทบต่อการทำชีส?) เศษของก้อนนี้จะเป็น "ดวงจันทร์" เพื่อจุดประสงค์ของคำตอบนี้

ถัดไปหลังจากเหตุการณ์ "ดวงจันทร์" จะทรุดตัวลงสู่โลกเร่งความเร็วประมาณ 1G นี่เป็นเพราะแรงโน้มถ่วงไม่ลดลงมากนักสำหรับระยะทางที่กำหนดและ 1G เป็นแรงที่กระทำโดยโลก ที่จริงแล้ว "ดวงจันทร์" ก็ใช้แรงเช่นกัน แต่สำหรับความเรียบง่ายสมมติว่ามันยกเลิกผลของระยะทางเท่านั้น

ความเร่งของดวงจันทร์อยู่ที่ประมาณ 9.81 m / s²ด้วยระยะทางเริ่มต้นของดวงจันทร์ perigee (~ 270.000km ถ้าฉันจำได้อย่างถูกต้อง ถ้าฉันไม่ผิด "ดวงจันทร์" จะใช้เวลา (sqrt (ระยะทาง / อัตราเร่ง) = 5246,23 วินาที) ประมาณ 1,5 ชั่วโมงเพื่อไปยังโลก บางทีมันอาจจะน้อยกว่านี้สำหรับรัศมีของโลก มันจะมาถึงด้วยความเร็วเกิน Mach 50 และดังนั้นจริง ๆ แล้ว "ส่งผลกระทบ" ชั้นบรรยากาศของโลกคือสัมผัสกับความต้านทานเทียบเท่ากับกำแพงเสียงบวกกับความร้อนอัดที่รุนแรง

นี่เป็นวิธีที่เร็วที่สุดที่ดวงจันทร์จะได้รับผลกระทบจากนั้นชนเข้ากับโลก อย่างไรก็ตามคำถามที่ถามถึงวิธีที่ช้าที่สุด: ด้วยการลดมวลและ / หรือความเร็วของดาวเคราะห์น้อยที่กระทบกับดวงจันทร์เราสามารถ "ปรับแต่ง" เอฟเฟ็กต์ให้ใช้เวลาระหว่าง 1.5 ชั่วโมง (หยุดโดยสมบูรณ์ วงโคจรดูด้านบน) และอินฟินิตี้ (ยังคงมีวงโคจรที่มั่นคง) สำหรับดวงจันทร์เกิดความผิดพลาดช้ากว่า 1,5 ชั่วโมงหลังจากการปะทะครั้งแรกดวงจันทร์จะต้องอยู่ในวงโคจรที่ไม่เสถียรเช่นโคจรรอบพื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำของชั้นบรรยากาศโลกเป็นระยะ

คำตอบอื่น ๆ ยังได้กล่าวถึงวิธีการที่ดวงจันทร์จะถูกทำลายหรือฉีกออกเป็นชิ้น ๆ ในกระบวนการ deorbiting ซึ่งใช้อย่างแน่นอน ฉันแค่อยากจะให้ความสำคัญกับช่วงเวลา

I would argue that the lower limit on impact delay is somewhere around 1.3 seconds.

Any impact that would leave the Moon at rest relative to Earth (see previous answers) would also, ahem, structurally disrupt the Moon. As in, turn it into an expanding cloud of vapor and debris, some of which would strike Earth sooner, some of which would form a ring, some of which would escape into (or out of) the rest of the Solar System. (I'm not sure how well even Elon's Mars colony would fare in the wake of a big collision.)

ดังนั้นถ้าเราอนุญาตให้มีการหยุดชะงักเพียงแค่ตีดวงจันทร์ด้วยฝูงชนที่มาบรรจบกัน พวกเขาเปลี่ยนดวงจันทร์ให้กลายเป็นประจุไฟฟ้าขนาดยักษ์ หมุนพลังงานที่คุณต้องการเลือกความเร็วของเจ็ทที่เกิดขึ้นจนถึง lightspeed-ลบ -a-small-margin สำหรับการสร้างภาพของผลกระทบที่เกิดขึ้นให้ค้นหาภาพถ่ายการหยุดการเคลื่อนไหวหนึ่งอันของกระสุนที่กระทบแอปเปิ้ล ...