Si de repente fuera "golpeada" o perturbada fuera de su órbita, ¿la gravedad eventualmente regresaría a la Tierra a su órbita original?

Hay algunas partes en esta pregunta, por lo que hay más de una respuesta.

La Tierra es sacada un poco de su órbita todo el tiempo por la influencia gravitacional de otros planetas en nuestro sistema solar. Júpiter y Venus son los dos principales, pero todos los planetas tienen algún efecto. Estas se denominan perturbaciones orbitales y tienden a alternarse, no a sumarse. Son las causas de los ciclos de Milankovich de la Tierra y el efecto no es despreciable. Estas variaciones en la órbita de la Tierra, que tardan miles de años en moverse de un lado a otro, pueden causar la formación y recesión de la glaciación, a veces llamadas glaciaciones.

Estas perturbaciones orbitales, además de ser cíclicas, por regla general, no afectan el semieje mayor de la Tierra, que es muy consistente, y solo pueden cambiar ligeramente a medida que el Sol pierde masa.

Las perturbaciones orbitales pueden conducir a variaciones mucho mayores de excentricidad e inclinación axial. Marte, por ejemplo, experimenta variaciones mucho más grandes que la Tierra , pero aun así experimenta un vaivén cíclico que conduce a una estabilidad general dentro de un rango. Se cree que los ocho planetas conocidos en nuestro sistema solar son relativamente estables a largo plazo.

La excepción a este ir y venir cíclico es si hay una resonancia donde el efecto puede crecer con el tiempo. El ejemplo más cercano de esto en nuestro sistema solar actual es Júpiter y Mercurio, donde no están, pero están cerca de la resonancia y es posible que Mercurio sea expulsado de su órbita en unos pocos miles de millones de años. Es el planeta más inestable de nuestro sistema solar.

Este artículo no está publicado, pero sigo pensando que es un buen resumen tanto de la estabilidad de las órbitas en nuestro sistema solar como de la posible (pero quizás improbable) desestabilización de Mercurio en unos pocos miles de millones de años .

La migración planetaria es otro medio para arrojar un planeta más pequeño fuera de su órbita. Se cree que esto es bastante común, según las observaciones de otros sistemas solares y cierta incertidumbre de que los planetas gigantes gaseosos podrían formarse cerca de sus soles. (Puede haber espacio para el debate al respecto), pero se cree que la migración de planetas es bastante común, aunque algo lenta. Nunca se ha observado, pero se puede modelar. Se ha sugerido que cuando nuestro sistema solar era joven, Júpiter se movió hacia adentro, tal vez arrojando a Urano y Neptuno hacia afuera y reduciendo el material disponible que eventualmente se convertiría en Marte y al migrar hacia afuera, lo que llevó al intenso bombardeo tardío que trajo agua a la Tierra. Esto se llama la hipótesis de la gran virada .

Un Júpiter que migra hacia el interior ciertamente podría arrojar a la Tierra fácilmente a una órbita completamente diferente, pero no hay evidencia que sugiera que es probable que Júpiter migre tanto en el futuro.

Un objeto lo suficientemente masivo de más allá del sistema solar podría lanzar a la Tierra a una órbita diferente y, al hacerlo, no solo cambiaría la excentricidad y el plano orbital de la Tierra, sino que también cambiaría el semieje mayor de la Tierra y ese cambio sería efectivamente permanente.

Una asistencia de gravedad de ese tipo podría darle a la Tierra una nueva excentricidad, un nuevo plano orbital y un nuevo semieje mayor y tal vez un nuevo conjunto de ciclos de Milankovich, aunque sospecho que con el tiempo, la órbita podría recircularizarse y los ciclos de Milankovich, restablecido en gran medida a donde estaban, por lo que podría haber alguna corrección no por el sol, sino por los otros planetas que orbitan alrededor del sol, pero no todo volvería a donde estaba. El cambio del semieje mayor probablemente sería permanente y también existiría la cuestión de si la nueva órbita estaba en resonancia cercana con otros planetas, lo que conduciría a más cambios con el tiempo.

Una mayor excentricidad podría crear variaciones estacionales más fuertes y tal vez desencadenar una nueva edad de hielo, o tal vez arreglar el calentamiento global provocado por el hombre. :-)

Los efectos de un cambio en el semieje mayor cambiarían la duración de un año, por lo que necesitaríamos nuevos calendarios y podríamos calentar o enfriar si fuera lo suficientemente grande.

También habría preocupaciones sobre las mareas si un objeto masivo pasara lo suficientemente cerca como para cambiar significativamente la órbita de la Tierra y tal vez incluso sacar a la Luna de su órbita estable.

La buena noticia es que el espacio es grande y está bastante vacío y es extremadamente improbable que un objeto lo suficientemente masivo como para cambiar la órbita de la Tierra pase lo suficientemente cerca como para hacerlo.

En un escenario de 2 cuerpos: digamos que hay un cuerpo grande (sol) y un cuerpo más pequeño (asteroide)

La órbita del asteroide es una elipse alrededor del sol y completamente estable. Si golpeas el asteroide, cambiará la órbita a una elipse diferente, y esa nueva órbita también es completamente estable. El asteroide no volverá a su órbita original a menos que le des otro golpe que revierta los efectos del primero.

Lo mismo es cierto para cualquier sistema de dos cuerpos como el Sol-planeta (excepto que un golpe lo suficientemente grande como para cambiar la órbita de la Tierra en una gran cantidad probablemente sea suficiente para eliminar la vida en la Tierra)

La gravedad devolvería el asteroide a la misma posición, pero con diferente velocidad (la nueva velocidad que tenía después del golpe) y así el asteroide estaría en una nueva órbita.

En sistemas más complejos con tres o más cuerpos, pueden existir órbitas resonantes en las que un asteroide tiene una órbita que tiene la proporción exacta de períodos orbitales con un planeta. En estas órbitas, un golpe lo suficientemente suave en el asteroide será perturbado hacia la órbita resonante. Tenga en cuenta que la Tierra no está en una órbita resonante con ningún cuerpo más grande. Así que esto no se aplica a la Tierra.

No hay una órbita "correcta". En un sistema de dos cuerpos, ninguna órbita es especial; cada uno es igualmente válido. Si la Tierra se perturba en una órbita diferente, la nueva órbita es "tan buena" como la original.

En general, la respuesta es no, pero doy una posible excepción a continuación.

La órbita de la Tierra es bastante kepleriana , ya que el Sol es mucho más masivo que la Tierra, y dado que las fuerzas gravitatorias ejercidas sobre la Tierra por otros cuerpos son muy pequeñas en comparación con las fuerzas ejercidas por el Sol. Para las órbitas de Kepler, los elementos orbitales de Kepler son estables sin perturbaciones. Entonces, si cambia los elementos orbitales a través de una perturbación, no volverán a cambiar a menos que ocurra otra perturbación perfecta que restablezca los elementos a sus valores originales.

Pero es estadísticamente imposible que una órbita sea perturbada en una nueva órbita y luego perturbada de nuevo a su órbita original, ¿verdad? No, el asteroide retrógrado 2015 BZ 509 orbita alrededor del sol y tiene su órbita perturbada a una nueva órbita y luego perturbada cada órbita por Júpiter. Según el artículo en Nature :

El movimiento retrógrado de 2015 BZ509 en relación con Júpiter también se representa en la Fig. 1. En cada órbita se producen dos pases relativamente cercanos a Júpiter y, para lograr la estabilidad, los efectos en la órbita debidos a cada pase deben cancelarse.

Por supuesto, esto significa que la órbita de Júpiter también cambia ligeramente en cada paso. Si la Tierra tuviera un asteroide retrógrado resonante 1: 1 enormemente masivo como este, entonces la órbita de la Tierra se perturbaría continuamente en una nueva órbita y luego se perturbaría de regreso, ¡una vez al año!