¿La Hipótesis del Impacto Gigante explica cómo la Luna circularizó su órbita?

Acabo de leer la mayor parte del artículo de Wikipedia sobre la hipótesis del impacto gigante . Básicamente, un objeto grande impacta en la Tierra y crea escombros que pronto se fusionan en la Luna.

Pero hay algo que no encontré mencionado: ¿Cómo obtendría la Luna su órbita circular?

Un campo de escombros de cualquier impacto seguiría al principio una órbita muy elíptica, con un perigeo muy cerca de la superficie de la Tierra y un apogeo mucho más lejos. En mecánica orbital, donde comienzas es donde terminas. De hecho, ni siquiera tiene que ser donde empiezas. Elige cualquier punto de la órbita y volverás allí de nuevo. En otras palabras, la órbita elíptica original no cambia de forma.

...A menos que haya pertubaciones o impactos que cambien su velocidad. ¿Cómo sucedió exactamente eso? ¿El GIH asume que algo más lo hizo por casualidad?

También he visto simulaciones de video de YouTube como esta . Es difícil saber si el ángulo de la cámara está cambiando o si el plano orbital es inestable (¿cómo?), pero se puede ver claramente que los escombros dan vueltas e impactan la superficie una y otra vez. Es decir, la órbita sigue siendo muy elíptica. Nunca he visto una simulación que muestre los escombros circulando.

También quiero señalar que esta pregunta es muy relevante no solo para la Luna, sino también para muchas otras cosas, como la captura orbital. Nunca he entendido las teorías de captura orbital, ya que todas parecen dejar de lado cómo la órbita elíptica inicial luego se vuelve circular, por ejemplo, Tritón.

Respuestas (3)

Quiero señalar que la órbita de la Luna no es circular ahora. Una excentricidad media de 0,055 no es tan circular.

Pero, a tu pregunta. Creo que estás haciendo una mala suposición sobre "debe haber comenzado de manera muy elíptica". Los objetos individuales que son expulsados ​​​​de un planeta deben seguir su trayectoria orbital. Por lo tanto, cualquier objeto arrojado desde la tierra probablemente tendría que escapar de la Tierra o retroceder. en él porque no se puede lanzar algo, con un solo empujón, en una órbita circular.Todos los fragmentos individuales de escombros deberían haber tenido órbitas muy excéntricas.

Pero la formación de la Luna fue mucho más complicada que eso. Primero, era suficiente materia para tener su propio campo gravitatorio, básicamente influyéndose a sí misma, y ​​la luna en formación sería la combinación de todos esos objetos individuales, por lo que no sería necesariamente elíptica. La excentricidad de miles de millones de objetos podría haberse cancelado (y probablemente lo hizo) entre sí en gran medida.

Debido a que el impacto fue descentrado, hizo que la Tierra girara y la mayoría de los escombros se movieron en la misma dirección alrededor de la Tierra. Pero la masa de material coalescente que no volvió a caer a la Tierra podría haber estado en una órbita razonablemente circular en el momento de la formación.

También deberíamos definir qué número constituye "altamente" elíptico. Se cree que la Luna comenzó a una distancia de 3 a 5 radios terrestres. Cualquier material que pasara más cerca de 3 radios habría estado dentro del límite de Roche y habría tenido dificultades para fusionarse en la Luna. Este artículosugiere que los escombros habrían tenido dificultades para ser expulsados ​​más allá de 5 radios terrestres, aunque no estoy seguro de cómo se llegó a esa conclusión. Pero tienes algunas cosas en marcha. Los escombros chocan con otros escombros y algunos (presumiblemente bastantes) caen de nuevo a la Tierra y, como se mencionó anteriormente, los escombros tienen un efecto gravitacional sobre sí mismos. En última instancia, se debe conservar el impulso y calcular la formación de la Luna requiere una supercomputadora, pero en general creo que la órbita inicial podría haber sido relativamente circular.

Si la Luna se formó cerca de la Tierra, lo que la mayoría de los modelos sugieren que sucedió y dado que no pudo pasar dentro de 3 radios terrestres y permanecer sólida, esos números pusieron un límite a cuán excéntrica probablemente fue la órbita inicial. Si usamos los radios terrestres de 5/3 como una estimación, Ra=5, Rp=3, entonces la excentricidad es 0,25, y esa es una estimación del límite superior de la excentricidad inicial después de la formación. Bien puede haber sido un poco menos.

http://hiperfísica.phy-astr.gsu.edu/hbase/imgmec/kep.gif

Pero por el bien del argumento, démosle a la luna recién formada una excentricidad de .25 o, tal vez un poco más alta con un apogeo más distante , pero tenemos que mantener el perigeo en 3 radios terrestres o más. Su pregunta sigue en pie, ¿cómo la excentricidad inicial de la Luna se volvió algo circular?

La respuesta es la circularización de mareas.. No puedo encontrar un buen artículo al respecto, pero para muchos sistemas de 2 cuerpos, las mareas circularizan órbitas. Es bien sabido que las mareas en la Tierra, causadas por la gravedad de la Luna, giran delante de la Luna y esto crea un tirón en la Luna que empuja (¿jala?) a la Luna a una órbita más alta, más lejos de la Tierra. Este mismo efecto secundario circulariza la órbita de la Luna porque cuanto más cerca está la Luna de la Tierra, mayor es el empuje. Las matemáticas detrás de esto se vuelven muy complicadas y está por encima de mi salario poner números detrás de esto y el artículo de Wikipedia que he vinculado es muy deficiente, por lo que invito a cualquiera a que brinde más detalles si puede. Pero la circularización de las mareas es una teoría comúnmente aceptada y dada la fuerza de las mareas desde el principio, es probable que cualquier excentricidad en la órbita de la Luna se circularice relativamente rápido, al menos, astronómicamente hablando. (Decenas de millones de años es mucho tiempo para ti y para mí, pero no para una órbita estable).

A 0.055 mean eccentricity isn't that circular.Punto bien tomado. The eccentricity of billions of objects could have (and likely did) cancel each other out to a large degree.Creo que esto está mal. En un sistema cerrado, el centro de masa nunca cambia. 1 partícula con 0,5 e podría chocar con una con 0,2 e y juntas se convierten en 0,35 e, pero su perigeo comenzó igual y sigue siendo el mismo. El perigeo debe elevarse de alguna manera o, de lo contrario, el cuerpo coalescente ya estará dentro de su propio límite de roche y, de hecho, el radio en expansión del cuerpo podría incluso raspar directamente la Tierra.
Sin embargo, +1 por su respuesta, ya que está bien explicada. Dejaste claro que en realidad estoy preguntando dos cosas. La primera parte es cómo el cuerpo levantó su perigeo para no romperse por límite de roche. La segunda parte es cómo la órbita realmente se circularizó (me refiero a cómo se volvió más circular, no necesariamente un círculo perfecto). Usted respondió que por las interacciones de las mareas con la protuberancia de la Tierra y la Luna, y de hecho, la Luna todavía se está alejando de nosotros (¿y reduciendo su excentricidad?) Hasta el día de hoy. Pero la primera parte sigue abierta en mi mente. Debería editar un poco el OP.
@ DrZ214 En realidad, debido al Sol, a medida que la Luna se aleja más de la Tierra, su excentricidad (media) aumenta. Esto sucede muy lentamente, por supuesto, pero es probable que la Luna fuera más circular hace 2 o 3 o incluso 4 mil millones de años cuando estaba más cerca de la Tierra. Probablemente circuló bastante rápido porque tan cerca de la Tierra, las fuerzas de marea eran muy fuertes, al menos, eso es lo que entiendo, pero no puedo hacer los cálculos. Si hay un mago de las matemáticas orbitales leyendo esto, lo invito a participar.
@ DrZ214 Sobre tu primer comentario. Es posible que tenga razón en dos objetos, pero esta es una ola de escombros expulsados. Vale la pena señalar que la Tierra también perdió masa en la eyección, por lo que, si bien una eyección típica sería muy elíptica (o si superaba la velocidad de escape, simplemente saldría volando), gran parte de los desechos expulsados ​​probablemente entraron en órbitas alrededor de la Tierra, y después de eso. , tienes colisiones y asistencias por gravedad y es un desastre matemático. probablemente un montón de escombros cayeron a la Tierra, pero los escombros que permanecieron en órbita, creo que podrían haber comenzado algo circulares (pero en su mayoría estoy suponiendo)

Bueno, realmente no creo que la Hipótesis GI pueda responder al plan orbital de la luna, diría que la órbita circular de la luna hoy en día con respecto al GIH también se debe a otras variables, como Júpiter, el Sol, etc. Si el GIH es cierto, entonces la luna aún debería estar en una órbita bastante elíptica, ya que las fuerzas gravitatorias de otros cuerpos celestes no son lo suficientemente fuertes como para transformar la órbita en los 4 millones de años transcurridos desde entonces (con respecto a mi conocimiento personal sobre la gravedad y el impacto que tiene en la larga duración del tiempo)

En realidad son 4 mil millones de años, no millones. Pero todos los modelos GIH sobre los que he leído dicen que la fusión de la Luna no lleva más de 100 años. Presumiblemente, la órbita debe haberse circularizado un poco para entonces o la gran bola rozaría la Tierra en el perigeo.
El sol no circulariza la órbita de la Luna, la perturba. A medida que la Luna se aleja más de la Tierra, hacia la región inestable de la esfera montañosa, su órbita se volverá cada vez más excéntrica e inconsistente. Tal como está, la Luna tiene una de las órbitas más irregulares de cualquier cuerpo grande en el sistema solar con solo un ciclo orbital de 19 años (o 235 órbitas sinódicas). Eso es muy corto y se debe a las importantes perturbaciones del Sol en la Luna. Respuesta algo relacionada aquí astronomy.stackexchange.com/questions/10946/…

¿La Hipótesis del Impacto Gigante explica cómo la Luna circularizó su órbita?

No, no lo hace.

La hipótesis del impacto gigante dice que la Luna formó un puñado de radios terrestres desde el centro de la Tierra. La Luna actualmente orbita alrededor de 60 radios terrestres desde el centro de la Tierra. Esto significa que si la órbita inicial de la Luna era muy excéntrica o casi circular es irrelevante con respecto a la órbita actual de la Luna.

Un campo de escombros de cualquier impacto seguiría al principio una órbita muy elíptica, con un perigeo muy cerca de la superficie de la Tierra y un apogeo mucho más lejos.

Eso es incorrecto. Un campo de escombros se circulará con bastante rapidez. Las colisiones ponen a algunas partículas en una trayectoria de escape, otras partículas en una trayectoria de colisión, y lo que queda tiende a tener órbitas casi circulares.

A debris field will circularize itself rather quickly. Collisions put some particles on an escape trajectory, other particles on a collision trajectory, with what's left tending toward having nearly circular orbits.¿Fuente? Cada simulación que he visto muestra los escombros muy elípticos y, de hecho, la bola coalescente se separa con cada órbita. No veo cómo puedes decir eso cuando un objeto en órbita siempre volverá a su mismo punto. El punto que estoy enfatizando aquí es el perigeo. El perigeo comienza muy bajo y se necesita algo fuera del sistema Tierra-escombros para perturbarlo/elevarlo.
@ DrZ214: el campo de escombros inicial del impacto gigante habría sido extremadamente caliente, más de 3000 kelvin. Eso habría convertido a los escombros en una mezcla de la mayoría de los gases y líquidos, con el líquido desgarrado en gotitas a través de las tensiones de las mareas. El componente de gas se hizo circular rápidamente debido a la presión, y dado el pequeño tamaño de las gotas, esto habría hecho que las gotas estuvieran muy sujetas a arrastre. El disco protolunar se habría circularizado muy rápidamente.
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