La teoría de la creación de la luna cuando un planeta del tamaño de Marte golpeó la Tierra

Como sabemos, la teoría predominante de dónde viene la luna es que un planeta del tamaño de Marte golpeó la tierra y le quitó un trozo que eventualmente se materializó en la luna.

Mi pregunta es que si un objeto del tamaño de Marte golpeara la Tierra, ¿no lo sacaría de la órbita por completo? ¿Qué tipo de colisión se requiere para sacar a un planeta de su órbita? Por 'eliminar' quiero decir que alteraría la órbita de la Tierra y posiblemente la velocidad para que ya no tenga una órbita estable, por lo que (gradualmente) abandonará el sistema solar o (gradualmente) colapsará en el sol.

Respuestas (3)

La colisión hipotética ha sido modelada matemáticamente, y los resultados de esos modelos son consistentes con lo que vemos.

El cuerpo que impactó (conocido como "Theia") habría golpeado a baja velocidad y en un ángulo relativamente poco profundo. Ciertamente habría afectado la órbita de la Tierra, pero no lo suficiente como para sacarla del Sistema Solar o arrojarla al Sol.

Sacar a la Tierra del Sistema Solar requeriría acelerarla en aproximadamente un 40% (la velocidad de escape es sqrt(2) veces la velocidad orbital circular), lo que significa duplicar su energía cinética. Esto requeriría un impacto de alta velocidad de un cuerpo cuya masa sea comparable a la de la Tierra, lo que probablemente sería suficiente para perturbar el planeta por completo, creando un nuevo cinturón de asteroides denso. Se cree que Theia tenía aproximadamente el tamaño de Marte, que tiene solo alrededor del 10% de la masa de la Tierra.

Ignorando las influencias gravitatorias de otros cuerpos, cualquier órbita solar es estable, siempre que la velocidad sea mayor que cero (para que no caiga en el Sol) y menor que la velocidad de escape solar.

+1 para "cualquier órbita solar es estable..." Los laicos, como lo demuestra OP, a veces parecen pensar que hay órbitas especiales y si sacas algo de la rutina, sucede algo radical.
@ThePopMachine: En el Star Trek original, la órbita de la nave alrededor de un planeta a menudo se representaba como inestable y requería energía para mantenerla. En realidad, eso puede ser parte de la razón del concepto erróneo.
Si la órbita de la Enterprise fuera lo suficientemente baja, sería inestable debido a la resistencia atmosférica. La órbita de la Estación Espacial Internacional es inestable exactamente por esta razón, y necesita empujones ocasionales para mantenerla en órbita a una distancia constante.
@JohnRennie: Claro, pero en las vistas que hemos visto del Enterprise en órbita, es claramente lo suficientemente alto como para que la resistencia no sea un problema. La ISS está en órbita baja, por lo que es fácil llegar desde la superficie; el Enterprise entra en órbita desde el espacio profundo, por lo que no hay razón para que esté en una órbita tan baja.
En cuanto a las órbitas estables, cuando ponemos satélites artificiales en órbitas, ¿no colapsan en la tierra después de un tiempo como Skylab, etc.? A esto me refiero con órbitas inestables.
@zadane: solo si son lo suficientemente bajos como para experimentar una resistencia atmosférica significativa. Los satélites tripulados (el transbordador, ISS, Skylab, Mir, etc.) tienden a ser lanzados a una órbita tan baja como sea práctico, porque es más barato y porque necesita un mínimo de combustible para volver a entrar y volver a casa; eso vale el gasto de un reimpulso ocasional. Los satélites GPS orbitan a unos 20.000 kilómetros y los satélites de comunicaciones geosíncronos a unos 36.000 kilómetros; no experimentan un arrastre significativo y sus órbitas son mucho más estables.
@KeithThompson Entonces, cuando establecen la órbita del satélite, ¿no pueden tener en cuenta el factor de arrastre? Si el arrastre va a reducir la velocidad del satélite en x, la velocidad del satélite debería ser simplemente velocidad_estable + x.
@zadane: No, no es así como funciona. El arrastre no solo ralentiza el movimiento del satélite en x; lo ralentiza continuamente con el tiempo. La fuerza gravitatoria atrae a un satélite hacia el cuerpo que está orbitando, y para una órbita elíptica o circular estable, simplemente curva la trayectoria del satélite. El arrastre siempre actúa en dirección opuesta a la dirección del movimiento, ralentizando el satélite y cambiando su órbita.

No hay órbitas simples que gradualmente entren o salgan en espiral. En el sistema de dos cuerpos, las órbitas son elipses cerradas o abiertas (hiperbólicas) con la órbita parabólica (apenas abierta) como caso divisorio.

El decaimiento de las órbitas de los satélites artificiales se debe a la interacción con la atmósfera terrestre.

Aquí hay una pregunta interesante: ¿ cómo llegamos a tener una órbita casi circular en esta época dado que tal evento probablemente habría dejado al sistema Tierra/Luna con una excentricidad sustancial inmediatamente después?

Tal vez uno de nuestros astrónomos pueda proporcionar alguna información.

¿Las interacciones gravitatorias con otros planetas tienden a circularizar órbitas con el tiempo?
@KeithThompson No sé en general. Pueden mantener juntos ciertos tipos de resonancias.
Es posible, pero poco probable, que la órbita de la Tierra fuera excéntrica antes de la colisión y casi circular después.
@KeithThompson Me imagino que la circularización es posible pero no fácil con ese mecanismo, dada la distancia entre las cosas en nuestro SS. dmckee: Un grupo de colegas y yo nos divertimos resolviendo esto, y descubrimos que incluso en el peor de los casos (un objeto del tamaño de Marte golpeando la Tierra con suficiente energía para liberar una masa lunar, en el ángulo justo para maximizar el cambio en excentricidad, suponiendo una transferencia mínima de L al espín de la Tierra) no induce una excentricidad terriblemente grande.

¿Qué tipo de colisión se requiere para sacar a un planeta de su órbita?

En realidad no requeriría una colisión. Si un objeto lo suficientemente masivo pasara muy cerca de la Tierra, la interacción gravitacional (sin colisión) podría expulsar a la Tierra del sistema solar.

Aquí hay un artículo sobre una conjetura de que un quinto gigante gaseoso fue expulsado de nuestro sistema solar.

La teoría de la creación de la luna cuando un planeta del tamaño de Marte golpeó la Tierra
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