Si la Luna fuera impactada por un meteorito de tamaño adecuado, ¿cuánto tiempo tomaría impactar la Tierra?

Una respuesta a la pregunta de ¿Qué tan bien protegería la Luna a la Tierra de un meteorito? menciona como una posibilidad que la Luna pueda ser arrojada a la Tierra.

¿Cuál es el cambio más pequeño en la órbita de la Luna al ser impactado por un gran meteorito que causaría que eventualmente impactara la Tierra (es decir, "dando vueltas al drenaje")? ¿Cómo sería esa línea de tiempo (minutos, horas, días, años, etc.)?

Como varias personas han dicho, esto es increíblemente improbable. Parte de la razón es que el efecto de "rodear el drenaje" que usted describe no sucede realmente con objetos sólidos mucho menos densos que los agujeros negros. Las órbitas no son "precarias" de esa manera.

Entonces, supongamos que algo lo suficientemente grande y rápido como para cambiar su velocidad notablemente, pero no lo suficientemente grande o rápido como para romperlo, golpeó la Luna. El efecto sería cambiar la Luna de su órbita casi circular actual alrededor de la Tierra, a una elíptica. Dependiendo de la dirección del impacto, se acercaría un poco más a la Tierra de lo que está ahora, una vez por órbita, o un poco más lejos (también podría oscilar un poco hacia el norte y el sur). Sin embargo, lo importante es que esta pista elíptica es estable al menos por un tiempo. Supongamos que es golpeado en una órbita que está a 220000 millas de la Tierra en su punto más cercano y a 240000 millas en su punto más alejado, que es donde se quedará. No "entrará en espiral".

Durante un período suficientemente largo, la gravedad del Sol también entra en juego y las cosas pueden cambiar un poco, pero ese es un efecto relativamente pequeño.

Ahora, suponga que el impacto fue realmente grande, o tal vez hubo una larga serie de impactos (comenzando a parecerse a la acción del enemigo ...) de modo que el punto más interno de la elipse finalmente se redujo a unos pocos miles de millas de la Tierra , de alguna manera milagrosamente no rompiendo la Luna en fragmentos en el proceso. A esta distancia, comienza a importar que el lado cercano de la Luna esté más cerca de la Tierra que el lado lejano, por lo que la gravedad de la Tierra tira de él con más fuerza. Si orbitara a más de 3000 km de la superficie de la Tierra durante mucho tiempo (el límite de Roche), estas fuerzas eventualmente lo harían pedazos, y la Tierra probablemente tendría un bonito conjunto de anillos por un corto tiempo antes de que las colisiones internas entre los bits causaran que llueva sobre la Tierra y mate a todos.

Finalmente, suponga que el (los) impacto (s) fue (fueron) tan grande que realmente pusieron a la Luna en una órbita elíptica cuyo punto más interno estaba tan cerca de la Tierra que la Tierra y la Luna se tocaron. Esto es manifiestamente imposible sin destruir la Luna, pero en ese caso, la Luna realmente golpearía la Tierra. El tiempo para el impacto sería aproximadamente 1/4 del período orbital actual de la Luna, es decir, aproximadamente una semana.

No hay ninguna posibilidad de que la luna sea eliminada de su órbita por un impacto de asteroide. En comparación con la luna, incluso un gran asteroide de tipo Chicxulub tiene una masa muy pequeña, y la luna ya ha sido golpeada por varios de ellos, pero como puede ver, no fue eliminada de su órbita. El asteroide más grande en el cinturón de asteroides es Ceres, 500 millas de diámetro. Su masa es muy pequeña en comparación con la luna, pero si un milagro hizo que saltara de su órbita en el cinturón de asteroides, a mitad de camino hacia Júpiter, y creara una línea de abejas para la luna, un impacto a 25 km por segundo podría bastará para producir un leve bamboleo en la órbita de la luna, pero no lo suficientemente cerca como para enviarlo hacia la Tierra. La luna se está alejando de nosotros a una velocidad de varios centímetros por año.

Aquí hay dos problemas en juego, solo uno de los cuales es real.

Es posible calcular la energía y el impulso que un impacto de asteroide tendría que transferir a la Luna, suponiendo que dos bolas sólidas (bolas de billar newtonianas clásicas) se golpeen entre sí (ya sea un impacto directo o un impacto de mirada). Ciertamente, hay casos en los que el resultado sería la Luna entrando en una órbita que golpea la Tierra.

Sin embargo, mucho antes de que el impacto sea lo suficientemente grande como para mover seriamente una Luna sólida, ambos cuerpos dejan de actuar como masas sólidas y actúan más como gotas de líquido. Ellos chapoteo , lanzando tanto roca fundida y sólida en el espacio en todas las direcciones en una variedad de velocidades.

En esencia, esta sería una versión más pequeña de los eventos que se teoriza haber formado la Luna en primer lugar, con un protoplaneta del tamaño de Marte (llamado Theia - h / o / w / t / h / e / 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) golpeando la Tierra muy joven. Vea el artículo de Wikipedia para una breve descripción decente y punteros para más detalles.

Hay problemas con esta hipótesis como explicación de la formación de la Luna, pero los contornos generales se han modelado en detalle y se entienden bien en este punto. Un impacto suficiente grande como para mover una bola de billar en serio Luna liberaría una muy gran cantidad de energía y lanzar una gran cantidad de roca en el espacio en todas las direcciones.

La mayor parte de la roca suelta formaría un anillo planetario alrededor de la Tierra antes de ser capturada por los restos de la Luna. Suficiente golpearía la Tierra para ser muy problemático. No he visto ninguna estimación para un ataque lunar de hoy en día, es realmente muy , muy inferior en la lista de cosas por las que preocuparse, pero las estimaciones de fondo me hacen sospechar fuertemente que esto sería un muy buen momento para unirse a la colonia marciana de Elon Musk ...

Aquí están las matemáticas para el escenario más rápido, en el que la Luna repentinamente dejaría de orbitar y caería directamente a la Tierra:

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

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

$r = 356400000 m$

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

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

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

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

$\sqrt{r/a} = 334949 s = 3.88 days$

Eso no es exactamente 1,5 horas (respuesta de NoAnswer) pero tampoco una semana (respuesta de Steve Linton). Además, este es un límite superior (en el límite inferior, duh), porque la aceleración aumentará a medida que la Luna se acerque a la Tierra.

La respuesta a la pregunta es la misma que la de NoAnswer, pero para diferentes números: cualquier cosa entre el límite inferior (menos de 4 días) y el infinito (suponiendo que se pueden lograr órbitas inestables al no desorbitar completamente la Luna de una sola vez).

TL; DR: Cualquier cosa entre 1,5 horas e infinito.

Supongamos que la luna sería golpeada en su perigeo por un objeto de la misma masa y velocidad pero en dirección opuesta al movimiento relativo a la Tierra.

Supongamos también que un trozo considerable de escombros dejado por este colosal impacto permanecería en la última posición conocida de la luna pero con velocidad orbital cero. (¿Quizás el asteroide impactante estaba hecho de queso?) Esta porción de escombros será "la luna" a los efectos de esta respuesta.

Luego del incidente, "la luna" caerá hacia la Tierra, acelerada por una fuerza de aproximadamente 1G. Esto se debe a que la gravedad no disminuye mucho en una distancia dada y 1G es la fuerza ejercida por la Tierra. En realidad, "la luna" también ejerce una fuerza, pero por simplicidad, supongamos que solo cancela el efecto de la distancia.

La aceleración de la luna es, por lo tanto, de aproximadamente 9.81 m / s² con una distancia inicial del perigeo de las lunas (~ 270.000 km si no recuerdo mal, siendo demasiado vago para buscarlo en la wikipedia). Si no me equivoco, "la luna" tomará (sqrt (distancia / aceleración) = 5246,23 segundos) aproximadamente 1,5 horas para llegar a la Tierra. Tal vez sea un poco menos para el radio de la Tierra. También llegará a una velocidad superior a Mach 50 y, por lo tanto, "impactará" realmente en la atmósfera de la Tierra, es decir, experimentará una resistencia equivalente a la barrera del sonido más un calentamiento extremo por compresión, que probablemente lo destrozará.

Esta es la forma más rápida para que la luna se vea afectada y luego se estrelle contra la Tierra. Sin embargo, la pregunta se hizo de la manera más lenta: bueno, al disminuir la masa y / o la velocidad del asteroide que impacta en la luna, podemos "ajustar" el efecto para que tarde entre 1,5 horas (detener completamente la Tierra / órbita, ver arriba) e infinito (todavía tiene una órbita estable). Para choques lunares posteriores a 1,5 horas después del impacto inicial, la luna necesitaría colocarse en una órbita inestable, por ejemplo, orbitar de vez en cuando a través de áreas de baja densidad de la atmósfera de la Tierra.

También otras respuestas han mencionado formas en que la luna se destruye o se desgarra en el proceso de desorbitación, lo que definitivamente se aplica. Solo quería centrarme en el aspecto de la línea de tiempo.

Yo diría que el límite inferior del retraso de impacto es de alrededor de 1.3 segundos.

Cualquier impacto que dejaría a la Luna en reposo en relación con la Tierra (ver respuestas anteriores) también, ejem, perturbaría estructuralmente la Luna. Como en, conviértalo en una nube en expansión de vapor y escombros, algunos de los cuales golpearían a la Tierra antes, otros formarían un anillo, otros escaparían (o saldrán) del resto del Sistema Solar. (No estoy seguro de qué tan bien incluso a la colonia de Marte de Elon le iría después de una gran colisión).

Entonces, si permitimos la interrupción, simplemente golpee la Luna con un enjambre convergente de impactadores ultrarelativistas. Básicamente, convierten la Luna en una carga de forma gigante. Marque la energía que desea seleccionar la velocidad del chorro resultante, hasta la velocidad de la luz menos un margen pequeño. Para una visualización del impacto resultante, busque una de esas fotos de stop-motion de una bala golpeando una manzana ...