¿Qué tan rápido procede la desintegración del límite de Roche?

Las respuestas a esta pregunta sobre los encuentros con Júpiter siguen mencionando el límite de Roche, dentro del cual los objetos sólidos se rompen debido a los gradientes de gravedad de las mareas.

¿En qué escala de tiempo ocurre realmente este efecto? El límite de Roche generalmente se analiza en el contexto de las órbitas de satélites casi circulares, lo que implica que la escala de tiempo podría ser bastante larga, incluso millones de años.

Para una trayectoria de colisión como la discutida en la pregunta vinculada, el tiempo desde que ingresa al límite de Roche hasta el contacto puede medirse en minutos u horas. ¿Un cuerpo del tamaño de la Tierra que se aproxima a Júpiter tendría tiempo de romperse entre el momento en que ingresa al límite de Roche y golpea a Júpiter?

El límite de Roche en este caso es de unos 53.000 km (suponiendo la densidad de la Tierra para el intruso). Si va a ocurrir una colisión, ocurrirá dentro de no más de 35 minutos desde el cruce del límite de Roche.

Respuestas (2)

El límite de Roche es simplemente la distancia desde Júpiter a la que el "estiramiento" del objeto por la fuerza de marea de Júpiter supera la fuerza gravitacional interna del objeto.

Entonces, ciertamente, en cierto sentido, sí, 35 minutos es suficiente para que la Tierra se "desintegre". Todo lo que esté suelto en la superficie, como el polvo, la basura, la atmósfera, los peatones y la hidrosfera, que en términos astronómicos es "parte de la Tierra", comenzará a desprenderse de la superficie de la Tierra, comenzando en el límite de Roche. . Tenga en cuenta que esto sucede en ambos lados, con cosas que "caen" ya sea hacia o desde Júpiter, por la misma razón por la que hay dos mareas altas por día.

Sin embargo, la Tierra tiene cierta resistencia a la tracción, lo que significa que todo lo que esté "clavado" deberá estar más cerca de Júpiter antes de salir de la superficie. En el transcurso de 35 minutos, la Tierra probablemente no sea muy dúctil (o de todos modos su superficie no lo es), por lo que no es realmente una cuestión de tiempo, sino de la magnitud de la fuerza. La roca no cederá lentamente durante 35 minutos, como estirar un chicle con una fuerza constante hasta que se diluya y se divida en dos pedazos. Alcanzará el punto de ruptura y se romperá catastróficamente o no lo hará.

La fuerza de las mareas es el cubo inverso de la distancia, por lo que aumentará bastante rápido en el transcurso de esos 35 minutos para impactar. Sin embargo, el límite que estableces es poco más de 1/3 del diámetro de Júpiter, por lo que sospecho que la mayor parte de la Tierra aún estará en una sola pieza cuando "impacte" (o "entra" si lo prefieres) la superficie de Júpiter. . Sin embargo, un geólogo o un arquitecto podría venir y contradecirme, ya que la roca no tiene mucha resistencia a la tracción en comparación con su peso. Por lo tanto, es posible que solo requiera que la fuerza de las mareas alcance una pequeña proporción por encima del peso de la Tierra antes de que se suelten grandes trozos de roca (o, ya sabes, continentes).

Además, creo que cualquiera que esté en la superficie sentirá que el planeta se está desmoronando antes de que realmente lo haga. Cualquier deformación por marea del núcleo romperá la superficie menos fluida, incluso antes de que se separe.

¿La falta de rotación no cambia en absoluto el límite de Roche? (Es decir, ¿las fuerzas de marea totales no son diferentes para un cuerpo en caída libre que para un cuerpo en órbita?)
@Yakk: el límite simple de Roche, creo que no hace ninguna diferencia, pero en realidad no sé qué se incluye en el cálculo de las variantes más realistas.
@dotancohen: no se trata de girar, es que el centro de la Tierra está más profundo en la gravedad de Júpiter que la superficie lejana y, por lo tanto (mientras la mayor parte de la Tierra se mantenga unida), la Tierra está acelerando más rápido que el polvo/ peatones En relación con la Tierra, el polvo se está acelerando alejándose de Júpiter. En el escenario del "proyectil entrante", una bola perfectamente simétrica de polvo desconectado que se mantiene unida solo por la gravedad se estiraría en lugar de "romperse" como en el escenario orbital.
... para pozos de gravedad realmente profundos (agujeros negros en oposición a Júpiter) esto se llama "espaguetificación" en lugar de "romperse", sospecho que porque los físicos de agujeros negros sobrestiman la ductilidad de los humanos con fines dramáticos ;-)
@SteveJessop Nah, la espaguetificación solo significa que te convertirás en una corriente de partículas. Ocurre en fuerzas demasiado fuertes para cualquier uso significativo de la ductilidad: D
@dotancohen: hmm, ahora necesito preguntarme si lo que creo que es la razón por la que hay dos mareas altas al día es correcto. Creo que habría dos mareas altas en la Tierra, ya sea que esté girando con respecto a la Luna o no. ¡La razón por la que pasamos bajo ambas mareas altas en un día es la definición de "día" en términos de giro!
@SteveJessop No, estás pensando bien. Simplemente dibuje un diagrama de todas las fuerzas que actúan sobre la superficie de la Tierra en el sistema Tierra-Luna; ignorando cualquier rotación, aún tendrá las dos mareas. La simple gravedad newtoniana es suficiente para analizar esto. La rotación solo afecta el desplazamiento de esas mareas: no son más fuertes precisamente en el lado más cercano y más lejano a la línea Tierra-Luna, se retrasan un poco.
Hay mucha controversia sobre las causas de la marea del 'lado lejano'. Nunca he oído una explicación que no tenga su correspondiente refutación. Lo preguntaré en physics.SE si aún no está allí.
@dotancohen Bueno, el enlace que ha publicado en realidad no refuta el efecto gravitatorio simple (el artículo de Phil Plait sobre ese enlace lo explica bastante bien). E incluso después de que la Tierra y la Luna se bloqueen entre sí por mareas, las mareas seguirán allí, solo que ya no se moverán . Ese es el mismo efecto que obtienes cuando arrojas la Tierra a Júpiter. La luna está bloqueada por mareas ahora, por lo que está permanentemente distorsionada por mareas: todavía tiene las protuberancias, pero ya no se mueven.
Esta pregunta respalda su afirmación sobre los efectos de las mareas (no nombrados por casualidad) en el lado opuesto que hacen que el agua "suba". Creo que ese es un tema que archivaré en el campo de las "dos explicaciones plausibles pero polémicas" y lo dejaré así.
@dotancohen: Ambos enlaces están de acuerdo entre sí y con SteveJessop. (Y estoy de acuerdo con él y Luaan en que tienen razón). El centro de masa de la Tierra está más cerca de la Luna que el agua del otro lado, por lo que deja atrás el agua. Su primer enlace enumera muchas explicaciones incorrectas y explica por qué son incorrectas.
@PeterCordes: Gracias. Había aprendido que la marea del 'lado lejano' se debe a la fuerza centrífuga cuando la Tierra gira alrededor del CoM del sistema Tierra-Luna. Ahora veo que esa explicación es incorrecta. ¡Gracias!

El límite de Roche no hace que un objeto se degrade instantáneamente, tiene que orbitar dentro del límite de Roche para degradarse. Se cree que Fobos, la luna más grande y cercana de Marte, orbita dentro del límite de Roche y aún no se ha separado.

Por lo tanto, no es justo decir que un objeto que intersecta a Júpiter se rompería como resultado del límite de Roche. Sin embargo, una vez que cruza el límite de Roche, para un objeto débilmente unido como un cometa, es cada vez más probable que se rompa. Y cuanto más cerca está, más probable se vuelve.

El cometa Shoemaker-Levy era, de hecho, una colección suelta de rocas, y se rompió cuando alcanzó las profundidades del límite Roche de Júpiter, aproximadamente 2 años antes de su impacto en Júpiter. Pero si algo se mantiene unido con más fuerza (la Tierra, por ejemplo), probablemente no se rompería, pero causaría fuertes mareas atmosféricas debido al estrés de las mareas y podría perderlo debido al disco de acreción que se conecta con Júpiter. De lo contrario, cualquier objeto que se dirija en un curso de impacto directo probablemente permanecería casi intacto hasta el impacto debido a fuerzas cohesivas más fuertes y gravedad propia que la amplitud de la tensión de marea dentro del radio de Roche.