Se a Lua fosse impactada por um meteoro de tamanho adequado, quanto tempo levaria para impactar a Terra?

Uma resposta à pergunta de quão bem a Lua protegeria a Terra de um meteoro? menciona como uma possibilidade que a Lua possa ser lançada na Terra.

Qual é a menor mudança na órbita da Lua de ser impactada por um grande meteoro que causaria um impacto na Terra (por exemplo, "circulando o ralo")? Como seria a linha do tempo (minutos, horas, dias, anos etc.)?

Como várias pessoas disseram, isso é incrivelmente improvável. Parte do motivo é que o efeito "circulando o dreno" que você descreve não ocorre realmente para objetos sólidos muito menos densos que os buracos negros. Órbitas não são "precárias" dessa maneira.

Então, suponha que algo grande o suficiente e rápido o suficiente para alterar sua velocidade visivelmente, mas não grande o suficiente ou rápido o suficiente para destruí-lo, tenha atingido a Lua. O efeito seria deslocar a Lua de sua órbita quase circular atual ao redor da Terra, para uma elíptica. Dependendo da direção do impacto, ele se aproximaria um pouco mais da Terra do que está agora, uma vez por órbita ou um pouco mais longe (também poderá balançar um pouco o norte e o sul). O que é importante, porém, é que essa pista elíptica é estável pelo menos por um tempo. Suponha que ele seja jogado em uma órbita que fica a 220000 milhas da Terra no seu ponto mais próximo e a 240000 milhas no ponto mais distante, é onde fica. Não entrará em espiral.

Durante um período suficientemente longo, a gravidade do Sol também entra em ação e as coisas podem mudar um pouco, mas esse é um efeito relativamente pequeno.

Agora, suponha que o impacto tenha sido realmente grande, ou talvez tenha havido uma longa série de impactos (começando a parecer uma ação inimiga ...), de modo que o ponto mais interno da elipse acabasse por ser conduzido a alguns milhares de quilômetros da Terra , de alguma forma milagrosamente não quebrando a Lua em fragmentos no processo. A essa distância, começa a importar que o lado mais próximo da Lua esteja mais próximo da Terra do que o outro lado, de modo que a gravidade da Terra a puxe com mais força. Se orbitasse a mais de 3.000 km da superfície da Terra por muito tempo (o limite de Roche), essas forças acabariam por fragmentá-la, e a Terra provavelmente teria um belo conjunto de anéis por um curto período de tempo antes das colisões internas entre os bits causados para chover na Terra e matar todos.

Finalmente, suponha que o (s) impacto (s) foi (foi) tão grande que eles realmente colocaram a Lua em uma órbita elíptica cujo ponto mais interior estava tão próximo da Terra que a Terra e a Lua se tocaram. Isso é manifestamente impossível sem destruir a Lua, mas, nesse caso, a Lua realmente atingia a Terra. O tempo para o impacto seria de cerca de 1/4 do período orbital atual de Luas, ou seja, cerca de uma semana.

Não há possibilidade de a Lua ser arrancada de sua órbita por um impacto de asteróide. Comparado à lua, mesmo um grande asteróide do tipo Chicxulub tem uma massa muito pequena, e a lua já foi atingida por vários deles, mas como você pode ver, ele não foi nocauteado. O maior asteróide do cinturão de asteróides é Ceres, a 800 quilômetros de diâmetro. Sua massa é muito pequena em comparação com a lua, mas se um milagre a fizesse saltar de sua órbita no cinturão de asteróides, a meio caminho de Júpiter e criar uma linha de abelhas para a lua, um impacto a 25 km por segundo poderia apenas seja suficiente para produzir uma leve oscilação na órbita da lua, mas nem perto o suficiente para enviá-la para a Terra. A lua está realmente se afastando de nós a uma taxa de vários centímetros por ano.

Há duas questões em jogo aqui, apenas uma delas é real.

É possível calcular a energia e o momento que um impacto de asteróide teria que transferir para a Lua, assumindo que duas bolas sólidas (bolas de bilhar newtonianas clássicas) se chocam (um impacto direto ou um impacto de relance). Certamente há casos em que o resultado seria a Lua entrando em uma órbita que atinge a Terra.

Por muito tempo antes que o impacto seja grande o suficiente para mover seriamente uma Lua sólida, ambos os corpos deixam de agir como massas sólidas e agem mais como gotas de líquido. Eles mergulham , jogando rochas derretidas e sólidas no espaço em todas as direções em uma variedade de velocidades.

Em essência, essa seria uma versão menor dos eventos que, teoricamente, formaram a Lua em primeiro lugar, com um protoplanet do tamanho de Marte (chamado Theia - h / o / p / t / h / e / y / d / i / s / c / o / v / e / r / e / d / i / t / s / n / a / m / e / i / d / o / n / '/ t / k / n / o / w) atingindo a Terra muito jovem. Consulte o artigo da Wikipedia para obter uma descrição curta decente e dicas para obter mais detalhes.

Existem problemas com essa hipótese como explicação da formação da Lua, mas os contornos gerais foram modelados em detalhes e são bem compreendidos neste momento. Um impacto grande o suficiente para mover seriamente uma bola de bilhar Moon liberaria uma quantidade muito grande de energia e jogaria uma quantidade muito grande de rocha no espaço em todas as direções.

A maior parte da rocha solta formaria um anel planetário ao redor da Terra antes de ser capturada pelos remanescentes da Lua. O suficiente atingiria a Terra e seriamente problemático. Eu não vi nenhuma estimativa para um ataque lunar dos dias atuais - é realmente muito , muito abaixo na lista de coisas com que me preocupar -, mas estimativas pontuais me fazem suspeitar fortemente que isso seria um muito bom momento para se juntar à colônia marciana de Elon Musk ...

Aqui está a matemática para o cenário mais rápido, no qual a Lua de repente para de orbitar e cai diretamente na Terra:

$m_1 = 7.342 \times 10^{22} kg$

$m_2 = 5.9723 \times 10^{24} kg$

$r = 356400000 m$

$G = 6.6743 \times 10^{-11} m^3/(kg \times s^2)$

$F = G \times m_1 \times m_2 / r^2 = 230.402.044.289.682.584.669 N$

$a_1 = F / m_1 = 0.00313813735 m/s^2$

$a_2 = F / m_2 = 0.00003857844 m/s^2$$a = a_1 + a_2 = 0.00317671579 m/s^2$

$\sqrt{r/a} = 334949 s = 3.88 days$

Não são apenas 1,5 horas (resposta de NoAnswer), mas também não uma semana (resposta de Steve Linton). Além disso, esse é um limite superior (no limite inferior, duh), porque a aceleração aumentará à medida que a Lua se fechar na Terra.

A resposta para a pergunta é a mesma da NoAnswer, mas para números diferentes: qualquer coisa entre o limite inferior (menos de 4 dias) e o infinito (assumindo órbitas instáveis ​​pode ser alcançada sem desorbitar completamente a Lua de uma só vez).

TL; DR: Qualquer coisa entre 1,5 horas e infinito.

Vamos supor que a lua seria atingida em seu perigeu por um objeto da mesma massa e velocidade, mas com direção oposta ao movimento em relação à Terra.

Vamos supor também que um pedaço considerável de detritos deixados por esse impacto colossal permaneceria na última posição conhecida da Lua, mas com velocidade orbital zero. (Talvez o asteróide impactante tenha sido feito de queijo?) Esse pedaço de entulho será "a lua" para o propósito desta resposta.

Em seguida, após o incidente, "a lua" despencará em direção à Terra, acelerada por uma força de cerca de 1G. Isso ocorre porque a gravidade não diminui muito em uma determinada distância e 1G é a força exercida pela Terra. Na verdade, "a lua" também exerce uma força, mas, por simplicidade, suponha que ela apenas anula o efeito da distância.

A aceleração da lua é, portanto, de 9,81 m / s², com uma distância inicial do perigeu das luas (~ 270.000 km, se bem me lembro, com preguiça de procurar na wikipedia). Se não me engano, "a lua" levará (sqrt (distância / aceleração) = 5246,23 segundos) cerca de 1,5 horas para chegar à Terra. Talvez seja um pouco menos para o raio da Terra. Ele também chegará com uma velocidade além do Mach 50 e, assim, realmente "impactará" a atmosfera da Terra, ou seja, experimentará uma resistência equivalente à barreira do som, além de um aquecimento compressivo extremo, que provavelmente a destruirá.

Esta é a maneira mais rápida de a lua ser impactada e depois colidir com a Terra. No entanto, a pergunta era a mais lenta: bem, diminuindo a massa e / ou a velocidade do asteróide que afeta a lua, podemos "ajustar" o efeito para levar algum tempo entre 1,5 horas (parada completa na Terra / órbita, veja acima) e infinito (ainda tendo uma órbita estável). Para colisões na lua depois de 1,5 horas após o impacto inicial, a lua precisaria ser colocada em uma órbita instável, por exemplo, orbitando em áreas de baixa densidade da atmosfera da Terra de vez em quando.

Outras respostas também mencionaram maneiras pelas quais a lua é destruída ou destruída no processo de desorbitá-la, o que definitivamente se aplica. Eu só queria focar no aspecto da linha do tempo.

Eu diria que o limite inferior do atraso do impacto é de cerca de 1,3 segundos.

Qualquer impacto que deixaria a Lua em repouso em relação à Terra (ver respostas anteriores) também prejudicaria estruturalmente a Lua. Assim, transforme-o em uma nuvem em expansão de vapor e detritos, alguns dos quais atingiriam a Terra mais cedo, outros formariam um anel, alguns dos quais escapariam para dentro (ou fora) do resto do Sistema Solar. (Não sei até que ponto a colônia de Elon em Marte se sairia depois de uma grande colisão.)

Portanto, se estamos permitindo uma interrupção, basta atingir a Lua com um enxame convergente de impactores ultrarelativísticos. Eles essencialmente transformam a Lua em uma carga gigante. Disque na energia que deseja selecionar a velocidade do jato resultante, até a velocidade da luz menos a margem pequena. Para uma visualização do impacto resultante, procure uma daquelas fotos em stop motion de uma bala atingindo uma maçã ...