Si alguna carrera espacial súper avanzada pudiera tallar un asteroide en la forma correcta y lanzarlo en el ángulo y la velocidad correctos, ¿sería posible "sacar" el asteroide de la atmósfera de un planeta, como si se sacara una piedra? la superficie de un estanque? ¿Qué tan grande o pequeño tendría que ser para que esto funcione? ¿Cuál sería el efecto sobre la superficie del planeta? ¿Sería catastrófico o los efectos serían mínimos? ¿Podría esto ser usado como un arma?
Para simplificar las cosas, me voy a centrar en lo que sucedería si intentáramos esto en la Tierra, así que no tengo que preocuparme por cómo las cosas pueden cambiar con diferentes atmósferas, tamaños de planetas, gravedades, etcétera. Dicho esto, si no funcionara en la Tierra, ¿qué cualidades necesitaría un planeta para que esto funcionara?
Además, por el bien de la semántica, mi definición de "saltar" es que el asteroide en realidad nunca hace contacto con la superficie del planeta, y no simplemente atraviesa la atmósfera del planeta en línea recta sin desviarse de ninguna manera. El asteroide tiene que ser desviado por la atmósfera misma, no por el planeta, y saltar en un ángulo notable.
De hecho, es posible. Sin embargo, necesitarías una forma muy particular y tendrías que golpear la atmósfera en el ángulo correcto.
Breve explicación:
se parecería mucho a una piedra plana que se arroja a la superficie de un lago en calma. Rebotará.
Larga explicación sobre física: (espero que entiendas la mecánica orbital básica)
Es más complicado que un lago. A medida que el cuerpo ingresa a la atmósfera, comienza a generar fuerzas aerodinámicas, principalmente sustentación y arrastre. En circunstancias normales, la resistencia es suficiente para frenar tanto el objeto que no puede volar sobre sí mismo. Si entra bajo un ángulo poco profundo y tiene una buena forma, la sustentación que genera será suficiente para levantarlo y empujarlo gradualmente fuera de la atmósfera.
Sin embargo, no termina ahí: el arrastre ha actuado en el objeto, posiblemente ralentizándolo. Lo que significa que ya no tiene una velocidad orbital y regresa a la Tierra. Luego, el salto se repite hasta que no vuela lo suficientemente rápido como para generar suficiente sustentación.
Sin embargo, si lanzas el asteroide lo suficientemente fuerte y golpeas la atmósfera con un ángulo poco profundo (piensa en una órbita elíptica altamente excéntrica, con su periápside justo en el borde de la atmósfera), rebotaría y cambiaría su trayectoria.
Sin embargo, el cambio no será demasiado grande. No es como si rebotara hacia el espacio exterior, es más como si el periápside subiera (o descendiera, según el ángulo) varios kilómetros.
Como nadie más lo ha mencionado, no solo puede suceder, sino que sucedió. 10 de agosto de 1972. Dado que no había inter-webs en ese entonces, los artículos de noticias al respecto no están necesariamente disponibles, pero aquí hay algunas referencias razonables:
TL;DR: Finalmente, mis años de experiencia en Kerbal Space Program dan sus frutos. Es posible hacerlo, pero no hará mucho en comparación con simplemente resplandecer a través de la atmósfera.
Como menciona @TimB, no puede "saltar" un asteroide de la atmósfera de la misma manera que lo haría con algo de la superficie de un estanque. Sin embargo, puede utilizar la atmósfera para cambiar su trayectoria y efectuar un "rebote".
Para hacernos una idea de cómo funcionaría este efecto, olvidémonos de planetas y órbitas y trabajemos de momento con un plano infinito con un campo gravitatorio homogéneo. Incluso si lo dispara con mucha velocidad horizontal, eventualmente caerá. Agregue atmósfera y se ralentiza ligeramente hacia el final.
Sin embargo, si en lugar de un asteroide usas un planeador, tienes opciones. La más sencilla es detenerse, lo que, en circunstancias favorables, lo sacará nuevamente de la atmósfera, pero con menos velocidad. Es posible que pueda repetir este proceso, pero eventualmente simplemente se deslizará hacia abajo. Podemos hacer algo similar con un asteroide de forma apropiada.
A los planetas ahora. No haremos "hondas" o "asistencias de gravedad", ya que en realidad no requieren una atmósfera y de todos modos no funcionan en sistemas de dos cuerpos.
Lo que sucede cuando un asteroide esférico pasa lo suficientemente cerca de un planeta para sumergirse en la atmósfera (pero no tan cerca como para golpear el planeta) es que se ralentiza un poco, perdiendo velocidad (y, por lo tanto, energía) debido a la resistencia aerodinámica. Esto cambia su órbita; hacerlo a propósito se llama "aerofrenado" y si la órbita pasa de hiperbólica (es decir, acelerando de regreso al espacio) a elíptica, se llama "aerocaptura". No es, estrictamente hablando, "saltar", ya que no es la atmósfera la que te hace rebotar, es la mecánica orbital la que te lleva.
Ahora, lo que hay que entender es que su órbita está en cualquier punto determinada completamente determinada por su posición en relación con el cuerpo que está orbitando y su velocidad en relación con ese mismo cuerpo. El aerofrenado cambia su velocidad, generalmente solo al frenar, lo que tiene el efecto de acortar su eje semi-mayor (lo que lo lleva a una "órbita inferior") y hace que su periapsis baje un poco, ya que tanto la velocidad horizontal como la velocidad vertical se ven afectadas por igual.
En este punto, usando alas (y la regla de oro del diseño de aeronaves nos dice que a estas velocidades, cualquier cosa es un ala) puedes hacer que la resistencia sea asimétrica, ganando lo que llamamos "ascensor". Tenga en cuenta que es imposible que gane energía de esta manera, lo único que sucede es que está intercambiando parte de su velocidad para cambiar la dirección del resto. Puede aprovechar esto para cambiar la altitud de su periapsis (y por lo tanto la excentricidad de su órbita) o efectuar un cambio de plano, pero perderá energía al hacerlo.
Si tiene una forma aerodinámica controlable, puede aprovechar la atmósfera de un planeta para alterar su trayectoria sin costo alguno para usted. Las cápsulas Apollo (IIRC) se aprovecharon de esto; al tener un centro de masa ligeramente desplazado hacia un lado del centro geométrico de la cápsula, se dejarían llevar ligeramente hacia un lado en una atmósfera y podrían girar la cápsula a lo largo para obtener una autoridad de control limitada.
Aproveché este truco para mantener el periápside de un módulo de aterrizaje lunar en la alta atmósfera durante múltiples pasadas de aerofrenado en un regreso desde una luna, lo que me permitió reducir suavemente la velocidad y encontrarme con una estación espacial en órbita de Kerbin a un costo mínimo. en propulsor.
¿Podrías usar esto como un arma? Quizás. La energía gastada en estas maniobras se manifiesta como calentamiento de choque y normalmente es absorbida por el cuerpo en órbita, por lo que el efecto sobre el planeta es limitado. Pero, ¿y si hubiera suficiente?
Esto plantea la pregunta de cuánta energía consume esta maniobra. Podemos obtener la respuesta de la ecuación de energía vis-viva . Tomando la órbita inicial y calculando la energía (multiplicada por la masa del asteroide), obtenemos la energía máxima que podemos depositar saliendo de órbita (léase: chocando contra el planeta). La diferencia entre la energía de esta órbita y la nueva órbita es cuánta energía se gastó/depositó.
Para planetas similares a la Tierra, solo alcanzar la velocidad de escape en comparación con estar sentado en la superficie le da una energía lo cual es sobre la energía de TNT. Impresionante a primera vista, pero no mucho en el gran esquema de las cosas, especialmente si consideras que solo estás gastando una pequeña parte de esta energía (por mucho que estés dispuesto a sacrificar sin caerte) y la mayor parte será absorbida. por el asteroide.
Quizás un mejor uso de esta capacidad sería dejar caer algunos impactadores cinéticos (como barras de tungsteno) para causar algún daño y luego usar la atmósfera planetaria para ajustar su trayectoria hacia su próximo objetivo.
Ah, y ya que estabas preguntando sobre la forma del asteroide: probablemente terminaría recordando vagamente a un transbordador espacial si quisieras optimizarlo, pero a menos que te sumerjas demasiado, cualquier forma con arrastre asimétrico o superficies de control serviría, aunque con menor eficiencia.
Si bien interurbano no está mal, soy escéptico de que puedas hacerlo funcionar en la realidad. Hay una gran diferencia entre la atmósfera y un lago. En particular, el lago tiene una superficie de transición dura en la que puedes usar efectos de superficie para saltar una piedra.
La atmósfera no tiene tales efectos, y es muy difícil concebir una situación en la que generaría suficiente sustentación para contrarrestar la resistencia del paso a través de la atmósfera. Sumergirse en la atmósfera es una excelente manera de reducir la velocidad y se llama aerofrenado, pero al hacerlo te ralentizará.
Lo único similar se llama asistencia por gravedad, que esencialmente salta de un planeta, pero usa bien la gravedad, no la atmósfera, para hacerlo.
No solo es posible, sucede todo el tiempo. Aquí hay un tweet que lo muestra en acción, de septiembre de 2020:
https://twitter.com/meteordoc/status/1308553949255999489
Hay una pregunta similar en space.se: ¿Cómo funciona saltarse la atmósfera?
Y la mejor respuesta tiene este dato interesante:
Sin embargo, no se requiere elevación para "saltar" fuera de la atmósfera, ya que, a diferencia de la superficie aparente de un estanque, la atmósfera es curva. Todo lo que realmente significa en el caso de una entrada saltada es que el ángulo de la ruta de vuelo de entrada no fue lo suficientemente pronunciado como para evitar que el objeto abandone la atmósfera nuevamente. La trayectoria del vuelo de salto balístico no se curva hacia arriba como la de una piedra que salta. Todavía se curva hacia abajo. Sin embargo, el radio de curvatura es mayor que el radio de curvatura de la atmósfera, por lo que regresa al espacio.
(...)
Las entradas salteadas también se pueden usar para distribuir la carga de calor total de una entrada en varias pasadas, lo que permite el enfriamiento entre pasadas. El enfoque de aerofrenado utilizado por varios orbitadores de Marte es un ejemplo extremo de muchas entradas de salto a gran altitud.
Verifique ese último enlace, ya que muestra cómo los humanos hemos usado el efecto en una hazaña de ingeniería.
fanático del trinquete
Fuegoescarchado
Ciro
el anatema
fanático del trinquete
posiblemente serio
Taemyr