¿Cómo puede un meteoro ganar energía en un encuentro con la Tierra a pesar de que estas respuestas dicen que no puede?

La pregunta ¿Usó alguna vez una nave espacial una atmósfera para alejarse aceleradamente de un planeta? desafortunadamente recibió cinco votos negativos y respondió con:

Entrar en la atmósfera introduce resistencia, lo que solo podría reducir tu energía.

y

Tu premisa es incorrecta. En ningún caso "saltar de la atmósfera" lo deja yendo más rápido de lo que llegó, con los motores encendidos o no.

y, sin embargo, unos días después, el New York Times dijo sobre una bola de fuego de 2017 (las citas son de "Patrick Shober, un estudiante graduado de la Universidad de Curtin en Australia Occidental que dirigió un equipo que estudió el evento" que fue medido por Desert Fireball Network publicado en arXiv como Where Did They Come From, Where Did They Go. Grazing Fireballs y será publicado por The Astronomical Journal):

Al triangular su trayectoria desde múltiples posiciones, Shober rastreó la bola de fuego hasta el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, informa su equipo en un artículo que será publicado por The Astronomical Journal. Cuando llegó a la Tierra, el planeta le dio una patada extra.

“Obtuvo energía orbital del encuentro cercano de la misma manera que una misión espacial podría usar una maniobra de tirachinas”, dijo, refiriéndose a las navegaciones orbitales que la NASA y otras agencias espaciales usan para acelerar las sondas robóticas hacia sus destinos.

Eso lo envió a toda velocidad hacia Júpiter, dándole una órbita saliente alargada más parecida a la de un cometa que a la de un asteroide. Su trayectoria interesa a los astrónomos, que no pueden estudiar nada tan pequeño a través de un telescopio.

Pregunta: Superficialmente al menos parece que las citas en el NYTimes parecen contradecir esas respuestas, pero ¿lo hacen? ¿O tal vez solo necesitan algún refinamiento (por ejemplo, ganar/perder energía con respecto a qué o en qué marco)?


Lectura adicional de la preimpresión de arXiv.

4.2 Simulaciones a corto plazo

... Como resultado del encuentro rasante con la Tierra, el meteoroide fue lanzado a una órbita con una energía más alta (Fig. 8). La geometría del encuentro permitió que el meteoroide ganara un momento angular alrededor del Sol (Fig. 10). Como resultado, el semieje mayor y la excentricidad aumentaron debido al aumento de energía, y el objeto se insertó en una órbita JFC (cometas de la familia de Júpiter). A partir de aquí, el futuro del objeto está fuertemente gobernado por sus interacciones con el gigante gaseoso. La Fig. 9 muestra la evolución de los elementos orbitales del meteoroide ±100 años en relación con el encuentro rasante.

Tal vez el asteroide sufrió una perturbación que había aumentado su energía orbital, sin embargo, ¿su trayectoria cruzó la superficie de la Tierra?
@OrganicMarble Dependiendo de la cinemática, un objeto podría "rebotar en la atmósfera" con una velocidad heliocéntrica más alta de la que podría haber obtenido solo a través de la interacción gravitacional, aunque podría perder energía simultáneamente en el marco geocéntrico. Supongo que estoy diciendo que esas respuestas pueden ser incorrectas y que la prosa por sí sola puede no resolver el problema. De hecho, es posible que necesitemos arrojar algo de matemática.
Por ejemplo, la retrodispersión de una pelota de tenis desde una bola de boliche en movimiento puede aumentar la velocidad de la pelota de tenis en el marco de la bolera, incluso si esa pelota de tenis es vieja y blanda y, por lo tanto, pierde energía en el marco de la bola de boliche.
No creo que "rebotar en la atmósfera" sea una cosa. Pero me di cuenta de que esto no es una pregunta para mí.
Mi interpretación del resumen en xArchiv es que el meteorito ganó mucha más energía, o al menos velocidad, de la honda que la que perdió por la fricción atmosférica.
Esta no es una respuesta ya que tengo (espero que dadas las circunstancias y creo que en realidad lo es) un resfriado y no puedo pensar con claridad, pero: la resistencia a la atmósfera solo empeorará las cosas, pero los efectos aerodinámicos ( volar , en realidad) en la atmósfera posiblemente podría mejorar las cosas. Para ver esto considera que solo puedes acelerar alrededor de la Tierra a a 1 gramo bajo la gravedad de la Tierra, suponiendo que no quieras golpear la superficie, pero potencialmente puedes girar en la atmósfera muchas veces más. No creo que sea una solución práctica.
@tfb cuídense y estén bien! Si puede imaginar una órbita elíptica con un perihelio de, digamos, 0,5 AU y un afelio de 1 AU, y luego dejar que roce la atmósfera de la Tierra, entonces se mueve más lento de lo que se mueve la Tierra durante el encuentro, y la resistencia atmosférica tenderá a acelerar el objeto , dale un impulso progresivo y eleva el perihelio. Puede ser un efecto pequeño, pero en este caso la resistencia acelerará el objeto en comparación con un efecto gravitatorio sin atmósfera.
Esto podría ser lo que uhoh acaba de decir. El arrastre atmosférico reduciría la velocidad del meteoro en relación con el planeta. Pero si, digamos en el marco del sol, la tierra se mueve más rápido en su órbita que el meteorito en sí mismo, eso podría darle un impulso. Como una pelota de tenis que se mueve rápidamente golpeando un BB, una colisión imperfectamente elástica.
@Greg sí, exactamente, ¡gracias!

Respuestas (2)

Soy Patrick Shober (autor principal del estudio). ¡Muchas gracias por comprobarlo! Si revisa la Figura 10 en el documento, he trazado el momento angular específico en el marco centrado en el Sol.

Así que esto muestra cómo el meteoroide (la roca) ganó energía durante el encuentro cercano pero luego perdió una fracción debido al paso atmosférico. Esto se puede ver en la caída no continua en la curva trazada; es discontinuo porque se omite el tiempo que la roca pasó en la atmósfera. Entonces, mientras atravesaba la atmósfera, perdió energía, pero no tanta como la que ganó en el encuentro cercano.

Entonces, para responder a su pregunta original, el objeto que observamos no ganó energía al golpear la atmósfera de la Tierra. Ganó energía A PESAR de golpear la atmósfera. Podrías imaginar que si la Tierra no tuviera una atmósfera, entonces la roca habría ganado más energía de la que ganó en realidad.

¡Qué bueno obtener esta respuesta autorizada! ¡Bienvenido al intercambio de pilas espaciales!
Gracias por su respuesta, es genial cuando alguien de la comunidad científica con una perspectiva autorizada pasa por el sitio para dejar una respuesta perspicaz. Si bien en este caso el objeto no ganó energía adicional en el marco heliocéntrico debido al efecto de arrastre atmosférico en el encuentro, aquí realmente me pregunto si es necesariamente axiomático que algo así nunca podría suceder bajo ninguna circunstancia, o si puede ' necesariamente se descarta en todos los casos.
Por ejemplo, mencioné un escenario en este comentario en el que tengo la corazonada de que un encuentro con la atmósfera de la Tierra podría "tirar del objeto" y darle un leve impulso de energía, elevando su perihelio.
Solo para tu información, aquí hay otra pregunta de Desert Fireball Network: ¿ Realmente podrán "ver" OSIRIS-REx desde Australia? ¿Con cámaras de meteoros? y aunque no sé si sus cámaras están cubiertas durante el día y protegidas del sol, existe esta pregunta en Photography SE: ¿Existen estándares o especificaciones de la industria para la resistencia del sensor de imagen al daño causado por la luz intensa?
En el caso de que la Tierra alcance a un objeto desde atrás, como en su comentario, el objeto perdería energía en el marco heliocéntrico debido al encuentro, pero podría perder menos debido a la atmósfera, pero ciertamente no sería neto. ganar energía. Pero todo esto depende de la geometría durante el encuentro, de cualquier manera (energía ganada o perdida) creo que la atmósfera solo amortiguaría el efecto. Además, gracias por el aviso. Acabo de comentar una actualización sobre esa pregunta. ¡Salud!

bueno, se llama asistencia de gravedad. el asteroide tomó una pequeña cantidad de la velocidad de la tierra y la usó para acelerar. esto es diferente a saltar una atmósfera piensa en saltar una roca en un lago, ¿se acelera? No. Con la ayuda de la gravedad es como robar un poco de energía del planeta para impulsar tu nave mucho más pequeña, sea el asteroide que sea. Saltar sobre un planeta puede evitar que lo golpees, como una roca que salta fuera del agua, no se hunde. De todos modos, no hay contradicción aquí. espero haber ayudado!

Pero también debemos considerar el efecto de retroceso como se analiza en estos comentarios 1 , 2
El problema es que las distancias típicas de la honda están bastante fuera de la atmósfera y no se produce ningún efecto de "bola de fuego".
sí, pero lo que podría haber sucedido es que saltó, después de entrar y luego ganó energía de la asistencia de gravedad más adelante.
Están confundiendo dos cosas diferentes es lo que está pasando. Teóricamente, podrías hacer una asistencia de gravedad en una atmósfera muy, muy, muy delgada y ganar velocidad con la maniobra. Sin embargo, esto no es de ninguna manera gracias a la atmósfera. Todo el ambiente era casual arrastrando a la embarcación.