¿Podrían la Tierra y la Luna tener el mismo tamaño?

Posible, si. ¿Probable? No.

Voy a presentar una versión corta de la ciencia detrás de los planetas binarios. Puede consultar todo el asunto en este artículo del Instituto de Tecnología de California . Algunos científicos allí hicieron algunas simulaciones y publicaron un artículo al respecto.

Entonces, lo que quieres es conocido como un planeta binario . Es diferente de un sistema como Plutón-Caronte (porque Plutón es mucho más masivo que Caronte), pero similar a 90 Antiope .

La razón por la que digo que es poco probable es que para que evolucione un sistema de planetas binarios, un choque entre dos planetas anteriormente solitarios debe pasar por una "colisión de besos". Deben "rozarse" o "rasparse" entre sí en su impacto. Las fuerzas de marea involucradas causarán grandes mareas, que disipan el impulso y hacen que el sistema se atasque (es decir, ninguno de los planetas alcanzará la velocidad de escape del sistema).

Este arreglo no es perfectamente estable y, como menciona el artículo, puede durar solo unos pocos miles de millones de años. Cuanto menos ideal sea la colisión, antes se desacoplará o colapsará el sistema. No hace falta decir que esto sería catastrófico para cualquier vida que se haya desarrollado en el planeta binario. Es posible que uno de los planetas resultantes acabe cayendo sobre la estrella. También es posible que uno de ellos sea expulsado del sistema estelar. Es posible que las partes vuelvan a chocar, lo que las fusionaría en un solo planeta. Es muy probable que esto derrita la corteza durante la fusión.

Independientemente de si planea dar a los habitantes de su planeta binario tal desaparición o no, estos son los requisitos para que un planeta binario se forme y se estabilice de manera realista alrededor de una estrella de clase espectral G, como nuestro sol:

• Debe estabilizar su órbita alrededor de la estrella madre al menos a media UA de distancia de ella;
• Las superficies de cada parte del binario deben permanecer separadas por un radio planetario entre sí.

También tenga en cuenta que las partes del planeta binario necesariamente estarán bloqueadas por mareas.

Hasta ahora solo he dicho lo que dice el artículo. Pero de eso podemos inferir algunas propiedades interesantes de tal sistema.

Para empezar, podría ubicarse razonablemente dentro de la zona dorada alrededor de una estrella G2V. Y dado que el arreglo puede durar miles de millones de años, con los planetas en colisión originales que tienen la misma composición química de la proto-Tierra y Theia, la vida tal como la conocemos podría desarrollarse en un planeta binario de este tipo.

El período orbital de cada uno alrededor del baricentro sería bastante corto, del orden de horas. Una órbita geosíncrona alrededor de la Tierra, es decir, una órbita con un período de un día, requiere que un satélite esté a seis radios de la Tierra sobre la superficie de la Tierra. Compare con la figura de un radio planetario entre los componentes del binario (órbita inferior = período más corto). Esto provocaría eclipses diarios (recuerde que el cuerpo que eclipsa es mucho más grande y está más cerca del cuerpo eclipsado que la Luna de nosotros). La región eclipsada en cada componente es siempre la misma, debido al bloqueo de marea. Recibirá menos luz solar todos los días, pasando efectivamente por un invierno permanente, que puede ser acumulativo con el invierno relacionado con la inclinación axial durante partes del año.

Solo para ser claros: período orbital increíblemente corto + bloqueo de marea = un sol que es mucho más corto que el de la Tierra (estimo 12-14 horas).

La gravedad sería notablemente más fuerte en el lado de cada planeta que está alejado del otro. De pie en el lado "exterior" del binario, obtienes toda la atracción de dos planetas. Pero en la región eclipsante, obtienes dos fuertes tirones en direcciones opuestas (aunque el planeta en el que estás parado tendrá el tirón más grande). Existe un tira y afloja similar entre la Tierra y la Luna, pero la atracción de la Luna es demasiado pequeña para ser perceptible en absoluto. Volviendo al binario, si alguna especie alguna vez llega a la era espacial, encontrarán que en el baricentro la atracción de la gravedad es cercana a cero.

No sé cómo calcular la gravedad promedio de cada componente del sistema, pero sí sé que la masa de cada uno sigue siendo de alrededor de cinco masas marcianas. Entonces creo que la gravedad promedio sería mucho más cercana a la de la Tierra que a la de Marte.

Si el binario no tiene lunas, no habrá mareas. Si hay una luna orbitando el binario, tendrá mareas, aunque en una escala mucho menor que las de la Tierra.

Finalmente, por una cosa no científica. Aunque es mi parte favorita. No hay nada que nos diga cómo se desarrollarían las creencias de las personas de tal sistema, pero tienen un entorno agradable para crear mitologías asombrosas.

No creo que nadie pueda responder a esta pregunta sin hacer un modelo detallado de colisiones protoplanetarias. No tengo conocimiento de que se haya hecho, pero no me sorprendería saber que se ha hecho.

Dejemos de lado por el momento la pregunta realmente difícil de si una colisión podría resultar en dos cuerpos con la masa de la Tierra en órbita uno alrededor del otro. (Volveré a ello.)

¿Sería estable el sistema una vez formado? Por supuesto. No hay nada especial en un verdadero planeta binario y, mientras estén lo suficientemente cerca como para permanecer unidos (250,000 millas estaría bien), serán tan estables como el sistema Tierra-Luna existente.

¿Estarían bloqueados por la marea? Probablemente. Depende de qué tan juntos se formen y qué tan rápido giren en ese momento. Si se forman relativamente cerca y no giran súper rápido, entonces hay una buena posibilidad de que las fuerzas de marea que los separan los lleven a un bloqueo de marea. Siempre que no sean rotadores realmente rápidos, no hay tanto momento angular en el sistema que no puedan bloquear. (Pero todo esto es básicamente intuición física. Tendríamos que hacer modelos para estar seguros).

¿Podrían estar en la zona de vida? Por supuesto. No hay nada especial en esa región y la gran cantidad de supertierras que estamos viendo entre los exoplanetas nos dice que es probable que haya suficiente masa en la zona habitable.

¿Geoquímica compatible con la vida? Nuevamente, por lo que sabemos, los dos planetas resultantes podrían ser similares a la Tierra. La Luna es bastante diferente a la Tierra porque es pequeña y perdió todos sus volátiles, pero si fuera tan masiva como la Tierra, habría contenido la mayoría de ellos. No hay garantía de que los planetas gemelos sean como la Tierra, pero probablemente estén lo suficientemente cerca.

El mayor problema es si un planeta con días que duran entre 10 y 20 días terrestres (debido al bloqueo de las mareas) tendría vida limitante por el clima o el clima. Supongo que no, porque la vida es realmente buena para evolucionar para adaptarse a cualquier nicho, y los océanos, de todos modos, estarían bien.

Pero el elefante en la habitación es si es probable que más que una colisión muy, muy rara produzca planetas aproximadamente del mismo tamaño. Mi intuición física dice que es posible, pero no muy probable, pero esto es algo que realmente necesita un modelo numérico adecuado de las colisiones con los códigos probados.

En cuanto a cómo lograr un sistema estable de 2 cuerpos producto de una colisión entre los cuerpos A y B, las opciones son: 1 - impulsar suficiente masa a L1 o L2 para formar el segundo planeta. Luna se formó a la mitad de esta distancia (aunque nuevamente tiene solo el 1,2% de la masa de la Tierra). Haber empujado el material que hizo a Luna el doble de lejos (ley del inverso del cuadrado) habría requerido 4 veces más fuerza. Esto es problemático ya que necesitaría duplicar la masa de ambos objetos (que no es la respuesta deseada) o duplicar la velocidad de impacto.

Mi opinión sobre la colisión es la siguiente: la velocidad media de la Tierra: 30 km/s +/- 300 metros/segundo debido a la excentricidad de su órbita.

Velocidad teórica de Theia: debe ser similar a los 30 km/s de la Tierra. La velocidad de Marte es de 24 km/s y la de Venus es de 35 km/s. Si la velocidad de Theia fuera de 5 a 10 km/s de la Tierra, no sería coorbital. Pero su velocidad en el impacto probablemente no era su velocidad media.

La órbita actual de la Tierra tiene una excentricidad de 0,0167086 y una inclinación de 7 grados con respecto al ecuador del Sol. Esto debe ser el producto de la fusión de las órbitas de los cuerpos. En teoría, digamos que Theia tenía una excentricidad más alta (0,25) y la Tierra tenía una más baja (0,05 o menos). En varios puntos a lo largo de la órbita excéntrica, la velocidad cambia significativamente. Aquí hay algunos escenarios conjeturales:

peor: Tierra: 29,8 km/s Theia: 30,6 km/s velocidad relativa del impacto: 800 m/s Fuerza = masa * aceleración (2º de Newton) cada cuerpo está sujeto a 800 * 3x10^24 o 2400 setillones de Newton-metros de fuerza . El equivalente a 573 cuatrillones de toneladas de TNT

mejor: Tierra: 30,2 km/s Theia: 30,3 km/s velocidad relativa en el impacto: 100 m/s o menos cada cuerpo está sujeto a 100 * 3*10^24 o 300 setillones de Newton-metro de fuerza. El equivalente a 71 cuatrillones de toneladas de TNT

Otro hilo estableció un método para estimar cuántas toneladas de TNT o cualquier otra energía equivalente se necesitarían para destruir la luna. Para superar la energía de enlace gravitacional de un cuerpo con una masa de 3x10^24 kg, necesitarías 6,006456e+33 julios o 1,43 septillones de TNT. Podemos ver que ambos casos tienen significativamente más energía de la que se necesitaría para licuar ambos planetas. La velocidad de impacto fue probablemente mucho menor (o ciertamente puede que haya perdido algunos ceros en las conversiones), pero todavía sirve para ilustrar las fuerzas brutas en el trabajo.

Una solución más simple es preguntarse qué habría pasado si los cuerpos A y B nunca chocaran en primer lugar, con Theia manteniendo una posición estable en el troyano L4 o L5 de la Tierra.

En teoría, un cuerpo coorbital podría permanecer en una posición estable en el plano de la Tierra si estuviera en el punto de Lagrange L4 o L5 , que son 60 grados progrados y retrógrados con respecto a la posición de la Tierra dentro de su plano orbital alrededor del Sol. En un año, la Tierra viaja aproximadamente 940 MKM , por lo que L4 y L5 estarían cada uno a unos 156 MKM de distancia. Este es un fenómeno natural observado a menudo en el sistema de Júpiter. Earth incluso tiene un troyano en la posición L5 de Lagrange, TK7. Una advertencia a esta mecánica parece ser que el objeto troyano debe tener una proporción de masa de 1/20 más o menos que la de su objeto coorbital, y si la Tierra primordial y Theia tuvieran aproximadamente la misma masa, entonces no creo que serían capaces permanecer en órbitas troyanas estables, al menos no indefinidamente.

Objetos que ocupan los puntos de Lagrange L1 y L2 (cada uno a aproximadamente 1 millón de KM de la Tierra, lo que estaría más cerca de la situación del sistema Tierra-Luna (la distancia media de la Luna es de 385,000 km ). Sin embargo, la relación de masa de la Luna a la Tierra funciona como este:

Luna: 7.342 x 10^22 kg

Tierra: 5.972 x 10^24 kg

Relación de masa de Luna a la Tierra: ~ 1.2: 100

Mientras que una de las suposiciones aquí es que tenemos dos objetos de masa 3 x 10^24 kg, la relación es 1:1. Respuesta tan corta: si es posible, entonces el cuerpo coorbital debe estar habitando el punto L4 o L5 de su hermana y tiene muy pocas fuerzas perturbadoras. Desde esa distancia, el planeta hermano sería visible a simple vista, pero podría confundirse con una estrella.

• mis matemáticas pueden estar mal, si detecta un error, hágamelo saber saludos