¿Trabajo académico sobre la interrupción gravitacional de un planeta rocoso por un paso cercano con otro planeta?

nota: Mientras que la pregunta aparentemente abandonada ¿ Efectos de un planeta rebelde que pasa entre la Tierra y la Luna? (inspirado en Thundarr the Barbarian ) pide especulación y fue respondida con ella, esta pregunta pide algo diferente. La evolución del sistema solar probablemente implicará tanto la acumulación de materia en los planetas como la destrucción de los planetas formados por varios mecanismos.

Estoy interesado en averiguar si hay trabajo académico sobre la *disrupción gravitacional de planetas rocosos similares a la Tierra debido a pases cercanos, pero no colisiones con otros planetas.

Un planeta rebelde del tamaño de la Tierra que pasa a alta velocidad en una órbita hiperbólica alrededor del sol generalmente no tendrá un gran efecto en el sistema solar en su conjunto. Pero si pasara cerca de la Tierra (digamos ~ 1 millón de millas), podría interrumpir seriamente la órbita de la Tierra alrededor del Sol y la órbita de la Luna alrededor de la Tierra. La mayoría de las perturbaciones conducirían a órbitas mucho más elípticas. Esto probablemente conduciría a un aumento en los extremos estacionales y tal vez a mareas oceánicas más grandes. Estos cambios serían entonces relativamente permanentes. También hay preguntas sobre los efectos transitorios durante el 'casi accidente'. ¿Las fuerzas de marea del planeta rebelde que pasa inducirían eventos sísmicos en la Tierra?

Tal vez este no sea el foro correcto, pero ¿ha habido algún estudio científico en este sentido? También suena como un buen tema para una novela basada en la ciencia. Presumiblemente, la humanidad tendría años o décadas de advertencia para tal evento y podría hacer predicciones razonables sobre cómo cambiará el medio ambiente en la Tierra. La supervivencia a largo plazo de la humanidad o la vida en general en el nuevo entorno sería otra cuestión.

Veo esta pregunta similar y esa respuesta discute algunos puntos importantes.

[Editar] Pero esperaba que alguien pudiera haber investigado este escenario con más detalle, tal vez con un ejemplo específico. Me pregunto si se puede hacer un cálculo básico de cuánto delta-V obtendría la Tierra de un intruso del tamaño de la Tierra que pasara zumbando a una distancia de, digamos, 1 millón de km a una velocidad de 100 km/s Eso podría permitir calcular el rango de órbitas perturbadas y el rango de insolación y temperaturas, etc.

Ha habido algunas especulaciones mediáticas en este sentido. Un planeta rebelde definitivamente podría perturbar nuestra órbita. Sin embargo, para que un planeta así provoque eventos sísmicos debido a las fuerzas de las mareas, tendría que ser extremadamente masivo o pasar extremadamente cerca.
@planetmaker gracias, vi esa pregunta y la respuesta, pero esperaba, o incluso esperaba, que alguien pudiera haber investigado este escenario con más detalle, tal vez con un ejemplo específico. Estoy tentado a hacer un cálculo básico de cuánto delta-V obtendría la Tierra de un intruso del tamaño de la Tierra que pasara zumbando a una distancia de 1 millón de km a una velocidad de 100 km/s. Eso permitiría calcular el rango de órbitas y la insolación, etc.
Sugiero poner una recompensa por la pregunta existente. Realmente no veo ninguna diferencia, especialmente porque los efectos dependen en gran medida de los parámetros exactos.
@uhoh, ¡ambos enlaces son súper interesantes y bastante útiles! Todavía tengo curiosidad acerca de los cálculos para un encuentro menos dramático en lugar de un escenario de aniquilación total.
@RogerWood He realizado una edición temporal al agregar un prefacio a su pregunta que explica por qué es diferente al duplicado propuesto. Usted o yo podemos ahora comenzar el proceso de reapertura si lo desea. Siéntase libre de editar más o retroceder, es solo un ejemplo de lo que suelo hacer para reabrir una pregunta, y generalmente tiene éxito.
@uhoh gracias por tus esfuerzos! Sin duda, sería bueno ver algo más cuantitativo como respuesta. Para el ejemplo sugerido (1 masa de la Tierra a 10 ^ 6 km y 100 km/s), realmente no tengo idea de si eso eliminaría por completo a la humanidad o simplemente presentaría un espectáculo bastante interesante en nuestro cielo nocturno durante algunas noches.

Respuestas (1)

Escenario: esto analiza específicamente un escenario de casi accidente con un intruso similar a la Tierra que pasa a una distancia de 1,000,000 km a una velocidad de 100 km / s. Esto es aproximadamente tres veces la distancia a la Luna y aproximadamente tres veces la velocidad orbital de la Tierra. Los 100 km/s parecen un número razonable dadas las velocidades relativas de nuestros vecinos estelares, la velocidad de entrada/salida solar y la probable diferencia en las direcciones de la Tierra y las velocidades de los intrusos.

Primer avistamiento: es una suposición pura, pero tal vez el intruso sea reconocido por primera vez cuando su brillo (magnitud aparente) se vuelva similar al de Plutón. La diferencia en magnitud absoluta entre la Tierra y Plutón es (-3,99)-(-0,70) = -3,29. Esto corresponde a una diferencia de brillo de 100^(3,29/5) = 20,7. A esa distancia de la Tierra/Sol, el brillo irá como la cuarta potencia de la distancia, por lo que primero deberíamos detectar al intruso cuando esté a 20,7^(1/4) = 2,13 veces más lejos que Plutón o a unos 12,6 mil millones de km. Solo aproximándonos con una constante de 100 km/s, esto significa que obtendremos aproximadamente 4 años de advertencia anticipada.

Cielo nocturno: suponiendo que el intruso se acerque desde aproximadamente la dirección opuesta al Sol, será visible en el cielo nocturno con una magnitud de -3,99+(1/5)log100(1/s^2/(1+s)^2 donde s es la distancia a la Tierra en AU. A 0,6 AU (90 000 000 km) será aproximadamente tan brillante como Venus y claramente visible en el cielo nocturno. Esto ocurrirá unos 10 días antes de su máxima aproximación. En su máxima aproximación (1 millón km), el intruso aparecerá con un diámetro un 40 % mayor que el de la Luna y será unas 7 veces más brillante, tanto por el área aparente más grande (0,73/0,52)^2 como por el mayor albedo (0,43/0,12). El intruso tomará 5,6 horas para recorrer los 2 millones de kilómetros a través de los 90 grados del cielo nocturno mientras su área aparente va del 50% al 100% y vuelve al 50% del máximo ¡Un espectáculo que vale la pena ver!

Perturbación orbital (Tierra): Suponiendo que las desviaciones de la Tierra y el intruso son pequeñas, el delta_V se puede calcular como (1/2)GM e /d^2 x (2d/v), donde M ees la masa de la Tierra o del intruso, d es la distancia de máxima aproximación y v es la velocidad. El primer factor corresponde a la aceleración máxima de la Tierra y el segundo factor al tiempo efectivo durante el cual se aplica la aceleración. El primer factor es 0.000199 m/s^2 y el segundo factor es 20,000 segundos dando un delta_V de 3.98 m/s. Esto es 0.00013 de la velocidad orbital de la Tierra de 30 km/s. En general, esto cambiaría ligeramente la elipticidad de la órbita y también podría cambiar el radio medio si el delta-V estuviera principalmente a lo largo de la dirección de la órbita. La energía orbital podría cambiar en +/- 0,00026 y el radio medio cambiaría en la misma fracción. Correspondiente a un cambio en el radio orbital medio de la Tierra, la insolación cambiaría al doble de esa fracción o +/-0,00052.

Perturbación orbital (Luna): La Luna se vería más gravemente afectada porque su masa es pequeña en comparación con el intruso, por lo que la aceleración sería aproximadamente el doble. También la Luna podría estar en el lado 'equivocado' donde estaría más cerca del intruso por un factor de 2/3. Entonces, la aceleración y el delta_V podrían ser mayores por un factor de 2/(2/3)^2 = 4.5. El delta_V resultante de 18 m/s en la velocidad orbital de la Luna de aproximadamente 1000 m/s es más significativo. Esto podría resultar en un cambio del 3,6 % en la energía orbital y en el radio y un cambio del 5,4 % en el período, cambiando el período de 28 días en más de un día. Dado que los efectos de las mareas van como el cubo de la distancia, presumiblemente los rangos de las mareas lunares aumentarían (o disminuirían) en aproximadamente un 11%.

Efecto de marea transitorio: las fuerzas de marea son proporcionales a la masa/distancia^3. Ignorando el factor constante, la fuerza de marea máxima de la Luna: Sol: Intruso está en la proporción 7.35E22/(3.84E5)^3: 1.989E30/(1.48E8)^3: 5.97E24/(1E6)^3 o 1.30 : 0,61 : 5,97. Entonces, la fuerza de marea máxima a medida que el intruso pasa cerca será aproximadamente tres veces más que la fuerza de marea lunar y solar combinada. Presumiblemente, durante las varias horas de máxima aproximación, esto elevará las mareas oceánicas unas tres veces más que las conocidas grandes mareas de primavera. Las áreas costeras experimentarían mareas decenas de pies más altas de lo normal, como en una marejada ciclónica o un tsunami. Supongo que también es posible que algunos terremotos latentes también puedan ser liberados por fuerzas de marea tan grandes.

(La última vez que hice un cálculo al dorso del sobre como este, me equivoqué por un factor de 10 ^ 6. ¡Pero ciertamente provocó algunas respuestas bastante rápidas!)

¿Trabajo académico sobre la interrupción gravitacional de un planeta rocoso por un paso cercano con otro planeta?
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