¿Cuál es la velocidad del cuerpo que se mueve más rápido en nuestro sistema solar?

Question

¿Cuál es la velocidad del cuerpo que se mueve más rápido en nuestro sistema solar?

velocidad
cometas
Física
asteroides
sistema solar

willemien

En Wikipedia vi que la velocidad orbital promedio del planeta Tierra alrededor del Sol es enorme $29 783\text{ m/s}$ , y me hizo preguntarme ¿hay cuerpos (planetas, meteoritos, asteroides) que se muevan más rápido?

Mi pregunta no es sobre fotones pequeños u otras partículas (pequeñas) y su velocidad (velocidad de la luz), o incluso sobre vientos solares ( $750\text{ km/s}$ ) sino de meteoritos, planetas u otros materiales y su velocidad alrededor del sol u otro punto fijo.

Řídící

Relacionado: astronomy.stackexchange.com/q/891/789

Cort Amón

¿Con respecto a qué marco de referencia? La rapidez y la velocidad dependen de un marco de referencia si se desea asignar magnitudes.

willemien

@CortAmmon, no estoy seguro, la velocidad se refiere al sol, la velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que un día por la velocidad (¿cómo funciona eso para en.wikipedia.org/wiki/C/2011_W3_% 28Lovejoy%29 ) puedes crear tu propio marco de referencia :)

CognisMantis

probablemente el marco de referencia más intuitivo sería el del sol, ya que el 29873 viene de ahí.

willemien

@CortAmmon se dio cuenta de que mi "velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que un día por la velocidad" debería ser "velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que 120 días por la velocidad" (de lo contrario, el la velocidad de la tierra tampoco contaría)

púlsar

Actualicé mi respuesta con un valor para la velocidad máxima del Gran Cometa de 1843, que es el cometa sobreviviente más rápido que conozco.

Respuestas (9)

¿Cuál es la velocidad del cuerpo que se mueve más rápido en nuestro sistema solar?

¿Con respecto a qué marco de referencia? La rapidez y la velocidad dependen de un marco de referencia si se desea asignar magnitudes.
@CortAmmon, no estoy seguro, la velocidad se refiere al sol, la velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que un día por la velocidad (¿cómo funciona eso para en.wikipedia.org/wiki/C/2011_W3_% 28Lovejoy%29 ) puedes crear tu propio marco de referencia :)
probablemente el marco de referencia más intuitivo sería el del sol, ya que el 29873 viene de ahí.
@CortAmmon se dio cuenta de que mi "velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que un día por la velocidad" debería ser "velocidad entre dos objetos relativamente cercanos, donde la distancia es menor que 120 días por la velocidad" (de lo contrario, el la velocidad de la tierra tampoco contaría)
Actualicé mi respuesta con un valor para la velocidad máxima del Gran Cometa de 1843, que es el cometa sobreviviente más rápido que conozco.

púlsar · Answer 1

La velocidad máxima de un objeto que orbita alrededor del Sol a cierta distancia $r$ se conoce como velocidad de escape :

v_{Esc} = \sqrt{\frac{2 GRAMO {METRO}_{⊙}}{r}},

$v_\text{esc} = \sqrt{\frac{2GM_\odot}{r}},$ dónde

M_{⊙}

$M_\odot$ es la masa del Sol. Si el objeto tuviera una mayor velocidad, eventualmente abandonaría el sistema solar. Así que diría que la velocidad máxima absoluta posible de cualquier objeto en el sistema solar sería la velocidad de escape en el radio del Sol.

R_{⊙}

$R_\odot$ :

v_{máximo} = \sqrt{\frac{2 GRAMO {METRO}_{⊙}}{R_{⊙}}},

$v_\max = \sqrt{\frac{2GM_\odot}{R_\odot}},$ que, como puedes encontrar en el artículo de la wiki, es

617.5 km/s

$617.5\;\text{km/s}$ . Un cometa que choca contra el Sol, lo que ocurre ocasionalmente, tendría una velocidad cercana a este máximo. Por desgracia, también es la última velocidad que tendrá antes de encontrarse con su perdición :-)

Actualizar

Si quieres saber cuál es el objeto más rápido del sistema solar que no se estrelló contra el Sol, entonces los mejores candidatos son los cometas rozadores , es decir, cometas con órbitas muy excéntricas que pasan muy cerca del Sol. Un grupo particular son los Kreutz Sungrazers . El cometa C/2011 W3 (Lovejoy) mencionado por hobbs en los comentarios pertenece a este grupo, pero hubo otro de estos cometas que pasó aún más cerca del Sol: el Gran Cometa de 1843 .

Este cometa tiene un perihelio de solo 0.005460 AU (donde 1 Unidad Astronómica es 149 597 871 km). Esto significa que llegó a menos de 121 000 km de la superficie del Sol, y sorprendentemente sobrevivió (la mayoría de los cometas se rompen cuando se acercan tanto). Entonces, ¿cuál es su velocidad en el perihelio?

La fórmula general es (ver este enlace )

v_{pags} = \sqrt{\frac{m}{a} \frac{1 + mi}{1 - mi}},

$v_p = \sqrt{\frac{\mu}{a}\frac{1+e}{1-e}},$ con

a = \frac{r_{pags} + r_{a}}{2}

$a = \frac{r_p + r_a}{2}$ el eje semi-mayor,

r_{p}

$r_p$ y

r_{a}

$r_a$ el peri y el afelio,

mi = \frac{r_{a} - r_{pags}}{r_{a} + r_{pags}}

$e = \frac{r_a-r_p}{r_a+r_p}$ la excentricidad y

μ = G M_{⊙}

$\mu = GM_\odot$ el parámetro gravitacional estándar del Sol. Así que podemos reescribir esto como

v_{pags} = \sqrt{\frac{2 GRAMO {METRO}_{⊙}}{r_{pags}} (\frac{r_{a}}{r_{a} + r_{pags}})} .

$v_p = \sqrt{\frac{2GM_\odot}{r_p}\left(\frac{r_a}{r_a+r_p}\right)}.$ Como puede ver, esto se reduce a la fórmula de la velocidad de escape si

r_{a}

$r_a$ va al infinito. Para nuestro cometa,

r_{p} = 0.005460

$r_p = 0.005460$ Australia y

r_{a} = 156

$r_a = 156$ AU, y encontramos

v_{pags} = 570 km/s .

$v_p = 570\;\text{km/s}.$

Un cometa que choca contra el Sol no está en una órbita estable, ya que solo puede chocar una vez. De hecho, tales cometas estaban en alguna otra órbita y luego fueron perturbados (atracción de un cuerpo más grande que pasaba cerca de ellos), enviándolos en una trayectoria que choca con el Sol. Esa trayectoria no necesita ser una elipse cerrada. Consecuencia: pueden ser más rápidos que la velocidad de escape.
@ThomasPornin Me imagino que no hace mucha diferencia en la velocidad final, ya que la mayor parte de la velocidad se gana cuando el cometa cae profundamente en el pozo de gravedad del Sol (los últimos cientos de miles de kilómetros), aunque no tengo pruebas. además de jugar KSP para respaldar eso. Entonces, el cometa debe haber ingresado a nuestro sistema con una velocidad de escape considerablemente más alta que la velocidad de escape del Sol (en cuyo punto es cuestionable si realmente está "en" el sistema solar, ya que escapará rápidamente o chocará con algo).
Un cometa de período largo que "roza el sol" puede acercarse a esto: según mis cálculos, un cometa del grupo Kreutz con un perihelio de 0,0078 AU (menos de 2 radios solares) y un afelio de 190 AU pasa cerca del sol a unos 475 km/s. . Los más pequeños se queman, pero los grandes sobreviven y regresan en un período de varios cientos de años.
Wikipedia dice que el cometa Lovejoy (C/2011 W3) , un cometa del grupo Kreutz con un perihelio excepcionalmente bajo de 0,0056 UA (dentro de la corona solar), pasó junto al sol a 536 km/s, por lo que mis cálculos parecen estar en el estadio de béisbol.
En esta publicación ( physics.stackexchange.com/questions/130754/… ) hay una fórmula similar (v = raíz cuadrada ((G*M)/r)) para calcular la velocidad que se necesita para orbitar la luna. ¿Por qué es diferente a la fórmula en tu publicación? ¿De dónde viene el 2?
@kai La fórmula $v=\sqrt{GM/r}$ es para órbitas circulares.
@kai Para alcanzar la velocidad de escape en el perihelio, un objeto debe tener una órbita con energía total $E=0$ , de modo que su energía cinética es igual a menos su energía potencial: $\tfrac{1}{2}v^2 = GM/r$ . De ahí viene el 2.
@hobbs, ¿puede dar una respuesta a su comentario sobre loveloy (u otro si encontró algo más rápido) entonces puedo otorgarle la recompensa (excepto si a alguien se le ocurre algo más rápido)
@Willemien Me gustaría, pero parece que no puedo porque está protegido y no tengo suficientes representantes.
@hobbs: actualmente tiene 101 puntos de reputación y solo necesita 10 para responder.
@Qmechanic No tengo un cuadro de respuesta, solo el cuadro que dice que la pregunta está protegida.
(¿Quizás de alguna manera el bono de referencia no cuenta?)
@Qmechanic mi conjetura parece haber sido correcta. Obtuve 10 repeticiones en otra pregunta (lo que llevó mi puntaje a 111) y de repente tenía un cuadro de respuesta aquí :)

ross milikan · Answer 2

Cuando no hay cometas cayendo hacia el sol, Mercurio es difícil de superar. Esta hoja informativa de la NASA enumera la velocidad orbital de Mercurio alrededor del sol que varía de $38.86$ a $58.98$ km/seg, no mucho mayor que la Tierra (menos de un factor $2$ , incluso al máximo).

Hobbs · Answer 3

Un cometa no necesita impactar contra el sol para acercarse mucho a la velocidad de escape solar en el perihelio. Hay una clase de cometas conocidos como sungrazers que pasan muy cerca del sol. Aunque los pequeños se evaporan en su primer paso cerca del sol, los más grandes pueden sobrevivir varias órbitas y ser considerados cometas periódicos.

Hay una clase de cometas que rozan el sol llamada familia Kreutz que tiene un perihelio muy bajo y un afelio razonablemente alto (150-200 UA), lo que los convierte en los mejores candidatos que conozco para el "objeto más rápido del sistema solar" cuando pasan cerca. el sol. El cometa Lovejoy (C/2011 W3) tiene un afelio de alrededor de 157 AU y un perihelio de 0,00555 AU (¡dentro de la corona solar, tenga en cuenta que el propio sol tiene un radio de fotosfera de 0,00465 AU!). Como tal, pasó junto al sol en diciembre de 2011 a una velocidad de 536 km/s, dentro de un par por ciento de la velocidad de escape a esa altura, que es de 565 km/s. El Gran Cometa de 1843 , otro cometa de la familia Kreutz, pasó incluso más bajo sin desintegrarse, 0,00546 UA, lo que le dio una velocidad de 570 km/s.

Pulsar hizo un buen trabajo al resolver las matemáticas, por lo que no lo duplicaré aquí, excepto para enfatizar el punto de que una vez que su afelio es decenas de miles de veces más alto que su perihelio, el afelio deja de hacer una gran diferencia. Si estás a 100 km sobre la superficie del sol y viajas a cientos de km/s, la diferencia entre la velocidad que necesitas para sacar 100 AU y la velocidad que necesitas para sacar 1000 AU es minúscula. , y ambos están muy cerca de la velocidad de escape.

ProfRob · Answer 4

El asteroide "1566 Icarus" tiene una distancia de perihelio de 0,187 au y un semieje mayor de $a=1.078$ au, un período orbital de 1.119 años y excentricidad $e=0.827$ .

Usando

v_{pags mi r i} = \sqrt{\frac{GRAMO METRO}{a} \frac{(1 + mi)}{(1 - mi)}},

$v_{\rm peri} = \sqrt{\frac{GM}{a}\frac{(1+e)}{(1-e)}},$ dónde

M

$M$ es una masa solar, entonces su velocidad máxima es de 93,5 km/s.

Así que esto no se acerca al cometa Lovejoy (mencionado en otros comentarios), pero supera a Mercurio, y es quizás el objeto más rápido que podemos seguir estudiando regularmente, desde que el cometa Lovejoy se desintegró. Sin duda, habrá otros pequeños trozos de roca que podrían vencer a este.

sean · Answer 5

Las Tres Leyes del Movimiento Planetario de Kepler son particularmente útiles cuando se aborda esta pregunta. Afirman que (en lenguaje informal)

La forma de la órbita de un planeta en una elipse, con el Sol en un foco de la elipse.
A medida que los planetas se mueven alrededor de sus órbitas elípticas, la línea imaginaria trazada desde el planeta hasta el Sol barre regiones iguales de áreas iguales en tiempos iguales.
El cuadrado del período de la órbita de un planeta, $T^2$ es igual al cubo del semieje mayor de la órbita del planeta (a^3)

Aunque no es obvio de inmediato, las Leyes 2 y 3 combinadas implican que a medida que un satélite (planeta, asteroide, cometa u otro) se acerca más al sol, se puede esperar que tenga una velocidad más rápida.

Específicamente, si observamos solo los ocho planetas y la Ley 3,

T^{2} \propto a^{3}

$T^2\propto a^3$ que, cuando se resuelve para el período, establece que

T \propto \sqrt{a^{3}}

$T\propto \sqrt{a^3}$ Así que usando la ecuación anterior, digamos planeta

A

$A$ viaja en alguna órbita alrededor del sol, y el eje semi-mayor tiene una longitud de

a

$a$ . si el planeta

B

$B$ viaja en una órbita, con un eje semi-mayor de

4 a

$4a$ entonces el período ahora ha aumentado por un factor de 8, aunque el semieje mayor (y aproximadamente la circunferencia, si la órbita tiene una excentricidad cercana a 0) solo aumentó por un factor de 4. Entonces, a medida que te alejas del sol, su período aumenta más que su distancia, lo que significa que su velocidad orbital está disminuyendo. Solo mire este gráfico a continuación, tomado de enchantedlearning.com.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver una relación clara entre la velocidad y la distancia al sol.

Ahora veamos a los intrusos en nuestro sistema solar, como los cometas. En comparación con los planetas, la mayoría de los cometas tienden a tener excentricidades muy cercanas a 1 (lo que significa que sus órbitas son muy elípticas). Algunos cometas incluso tienen excentricidades mayores que uno, lo que significa que están en órbitas hiperbólicas únicas alrededor del sol. A medida que estos cometas se acercan al perihelio (el acercamiento cercano al Sol), la Segunda Ley de Kepler nos dice que la velocidad del satélite aumenta. Los ejemplos más extremos son los cometas que rozan el Sol, que se acercan mucho al Sol. De hecho, el cometa ISON se movía tan rápido en noviembre pasado cuando se acercaba al perihelio que si a) hubieras podido ver el cometa a la luz del día yb) el comentario ISON no hubiera tenido una desaparición prematura, lo habrías visto cambiar de posición en el cielo ( en relación con los inicios de fondo)por hora

AnimadoFísica · Answer 6

El objeto de movimiento más rápido que no se destruye al chocar contra el sol serían los asteroides apolo que se acercan mucho al sol. Por ejemplo, Ícaro avanza bastante rápido en el perihelio (0,18665203 UA del sol) a poco menos de 100 km/seg.

johannes · Answer 7

Esta pregunta ha recibido excelentes respuestas. Como la persona que pregunta parece interesada en obtener una mayor variedad de respuestas, le daré otro giro a esta pregunta preguntando sobre la velocidad máxima relativa a la Tierra:

La Tierra es un planeta, lo que significa que limpia su órbita alrededor del Sol de objetos materiales. ¿Cuál es la velocidad máxima a la que dicho objeto puede golpear la atmósfera terrestre?

La órbita de la Tierra alrededor del Sol es muy cercana a la circular. Igualando la fuerza centrípeta requerida para mantener a la Tierra en esta órbita con la fuerza gravitacional ejercida por el Sol, se deduce que la Tierra orbita al Sol con una energía cinética igual a la mitad de la energía necesaria para escapar del Sol.

Un objeto que orbita el Sol a lo largo de una trayectoria elíptica extremadamente alargada y alcanza su máxima aproximación al Sol en algún lugar a lo largo de la trayectoria de la Tierra, tiene en ese punto (perihelio) una energía cinética igual a la energía necesaria para escapar del Sol.

Como la energía cinética escala cuadráticamente con la velocidad, se deduce que la velocidad de la Tierra a lo largo de su órbita alrededor del Sol es igual a $\frac12\sqrt2$ veces la velocidad de escape local. Esta velocidad de escape, la velocidad requerida para escapar de un lugar a lo largo de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, equivale a una maratón (un poco más de 42 km) por segundo. De ello se deduce que la Tierra gira alrededor del Sol a una velocidad de 29,8 km/s.

Si en la aproximación más cercana el objeto se mueve en dirección opuesta a la Tierra, la colisión será frontal y se deben sumar ambas velocidades para obtener la velocidad total. Esta velocidad total es igual a 71,9 km/s.

Esto, sin embargo, no equivale a la velocidad del impacto, ya que la atracción gravitacional hacia la Tierra acelera el objeto hacia el impacto. Entonces, para llegar a la velocidad del impacto, debemos sumar la velocidad de escape de la Tierra (11,2 km/s) a la velocidad derivada anterior.

La velocidad máxima resultante en el impacto es de 83,1 km/s. Los objetos del sistema solar no pueden golpearnos a mayor velocidad.

david rosa · Answer 8

Dependiendo de lo que esté buscando, aquí hay algunos posibles candidatos para los cuerpos más rápidos del sistema solar:

Cometas de fuera del sistema solar que caen en el Sol, justo antes del impacto
Cometas con una órbita elíptica periódica alrededor del sol, en el momento de su máxima aproximación al sol
Mercurio, con una velocidad orbital media de 47,9 km/s
Metis (la luna más interna de Júpiter), con una velocidad orbital media de 31,6 km/s
Dado que Metis orbita dentro del anillo principal de Júpiter, se puede suponer que algunas de las partículas del anillo que están más cerca de Júpiter tienen una velocidad orbital más alta que Metis.

Si quieres algo más rápido, tienes que entrar en los rayos cósmicos y demás, que dijiste que no te interesaban.

Guill · Answer 9

Según entiendo la pregunta, los cometas (o cualquier cosa que venga de fuera del sistema solar) no se pueden considerar. Esto deja solo los asteroides y otros desechos que todavía giran alrededor del sol a una distancia r . Si esta masa comienza a "caer" hacia el sol, alcanzará una velocidad dada por la ecuación de Pulsar, si se corrige reemplazando el término (1/Rsun) por (1/Rsun - 1/r)

Re la primera oración: ¿Por qué no los cometas? Son del interior del sistema solar.

¿Cuál es la velocidad del cuerpo que se mueve más rápido en nuestro sistema solar?

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