月は地球に衝突したり宇宙に逃げたりしないのにちょうどいい速度を持っています。オッズは何ですか?

27
Zoltan 2021-01-31 00:13.

私の理解では、月は地球が大きな小惑星に襲われたずっと前に作成されました。

その後、破片は月に凝集しました。月は、地球に衝突したり、宇宙に逃げたりするのに必要な正確な速度で軌道を回っています。

正確な正しい速度を持つことは非常にありそうにないようです。それでも、私たちの月はそこにあり、他の多くの惑星には衛星があります。

これらは、«goldilock»スピードを持っていなかった何千ものイベントのうちのほんの数人の生存者ですか?

6 answers

74
James K 2021-01-31 00:46.

軌道には「ゴルディロックス速度」はありません。2つのオブジェクトを空間に配置し、それらに相対的な速度を与えると、速度が(相対距離での)脱出速度よりも小さい場合、2つのオブジェクトは互いに周回します。

これらの軌道は楕円形になり、楕円は細く、「偏心」していて、2つの物体が互いに最も接近しているときに衝突する可能性があります。しかし、地球から数十万キロ離れた物体の場合、非常に広範囲の楕円軌道が考えられます。

したがって、大規模な衝突が発生したとき(そして発生した場合)、宇宙に放出された大量の物質がありました。おそらく、非常に速く動いて逃げたものもあれば、確かに十分なエネルギーがない軌道に入ったものもあり、小さな細い楕円もあり、問題は地球に戻った。しかし、ある種の楕円軌道になってしまうことがたくさんありました。この問題はすべて同じ軌道にあるわけではありませんでしたが、それは合体し始め、それ自体の重力の下で単一のボールに形成されました。

他の衛星はこのように形成されていませんでした。それらは惑星と同時に「ミニ太陽系」(木星の4つの主要な衛星など)として形成されたか、小惑星またはカイパーベルトから捕獲されました。当初、捕獲された月はかなり楕円軌道を持っていた可能性があります。

しかし、ほとんどの衛星はかなり円軌道にあります。月が元々楕円軌道にあったとしても、潮汐効果によって軌道がより円形になる傾向があります。惑星と月のシステムには、一定量の角運動量と一定量のエネルギーがあります。角運動量は変化しませんが、エネルギーは熱に変換できます。潮汐はエネルギーを熱として放散するため、所定の角運動量に対して、軌道はエネルギーを最小化する形状に変化する傾向があります。その形は円です。(月の軌道が循環しているのか?潮汐加熱が軌道を循環しているのはなぜですか?を参照してください。)

したがって、潮汐の効果は、衛星に円軌道を維持する「ゴルディロックス速度」を与えることです。

21
David Hammen 2021-01-31 01:14.

私の理解では、月は地球が大きな小惑星に襲われたずっと前に作成されました。

大きな小惑星?火星を「大きな小惑星」と呼びたいのなら、そうです、ジャイアントインパクト仮説は、地球が大きな小惑星に襲われたと言っています。ジャイアントインパクトの仮説が正しければ、インパクターの質量は月の質量よりも大幅に大きかった(8倍から10倍)。インパクターの質量の大部分は原始地球に戻った。ごく少量が逃げた可能性があります。

残りの破片は、インパクターの元の質量の約10分の1で、軌道を回るのに十分なエネルギーを持っていましたが、逃げるのに十分なエネルギーはありませんでした。その後、破片の雲は循環し、それ自体を引き付けました。

これはあまりにもきれいな絵かもしれません、それは私の次のポイントにつながります:

これは非常にありそうもないようです。

これが非常にありそうもないかもしれないということは、なぜエイリアンが地球に植民地化していないのかを尋ねるフェルミのパラドックスに対して提案された解決策の1つです:エイリアンはどこにいますか?インテリジェントな生活にゴルディロックスゾーンの惑星が必要な場合、ゴルディロックスの衝突により、惑星の向きを安定させる巨大な月、ゴルディロックスの水量、および10億年以上にわたって気候を比較的安定に保つゴルディロックス気候が作成されます。人生は非常にまれです。私たちの惑星は、ほとんどすべての惑星が敗者である銀河間宝くじの数少ない勝者の1人だったので、私たち人間はここにいるかもしれません。

7
stackzebra 2021-01-31 10:50.

数字を追加したいだけです。国際宇宙ステーションは7.66km / s(27,600 km / h)の速度で軌道を回っています。一方、地球の脱出速度は約11 km / s(40,000 km / h)です。これは、その範囲の速度を持つものはすべて地球を周回することを意味します。したがって、オブジェクトが地球の軌道にとどまるために、ある種の正確な速度である必要はありません。確かに、ジャイアントインパクトの破片の軌道はさまざまな形をしていましたが、何百万年もかけて凝集し始め、さまざまな形の軌道は長期的に持続可能ではないため、最終的に最大の物体が小さな破片をきれいにしました。

5
user37879 2021-01-31 15:51.

衝突の結果、さまざまなサイズの破片の大きな雲が発生したと合理的に推測できます。いくつかのビットは地球の残されたものに急速に戻り、他のビットは宇宙に飛び出し、いくつかのビットは月に合体するのに十分長い間軌道上に多かれ少なかれとどまりました。このスケールでは、固体は多かれ少なかれ液体のように振る舞うため、地球と月の両方がほぼ球形に形成されます。火星の衛星はやや小さく、(IIRC)新しく、球形ではありません。

3
MacUserT 2021-01-31 00:56.

私はあなたの質問を理解したのか、それともあなたの質問に正しく答えなかったのかわかりません。しかし、地球は初期の太陽系に浮かんでいる多くの破片に襲われました。太陽は、より小さな物質の相互引力によって物質のさまざまな凝集が起こり、それが成長しました。これが、すべての惑星が星系で形成された方法です。ある期間に、多様な物質が、原始惑星と呼ばれるほどの大きさの破片を集めました。まだ残骸または小惑星と呼ばれていました。

あなたが言及している理論は、ジャイアントインパクト理論またはTheiaインパクトと呼ばれています。地球は小惑星に襲われたのではなく、テイアと呼ばれる別の原始惑星に襲われました。これは、他の恒星系でも多く起こっていると思われます。この衝撃から地球と月が現在の形で形成されたという事実は、私たちの太陽系で独特です。私たちはそれを地球でしか見ません。しかし、初期の太陽系では原始惑星間の衝突は珍しくないと考えられていたため、Theiaの衝突が起こる可能性は小さかったかもしれませんが、原始惑星が衝突する可能性が非常に高いことを考えると、その可能性はありました。

ここで、月は地球と軌道上にとどまるのに正確に適切な速度を持っているというあなたの発言に戻ります。本当じゃない。月は実際には速度が速すぎて軌道にとどまることができず、地球と月の間の距離は年々大きくなっています。高精度の測定が行われ、月が年間約4センチメートルの速度で地球から離れて渦巻いていることを示唆しています。過去40億年の間に、これはかなりの距離であり、速度が正確に正しくないが、少し高すぎることを示唆しています。

それでも、金星と別の原始惑星との間のテイアのような衝突は、太陽からの潮汐力のために、惑星の月のシステムをもたらさなかったでしょう。同様のことが火星にも当てはまりますが、ここでは木星がそのようなペアがない理由です。外側の惑星は大きすぎて、物質が惑星の重力から逃れることができなかったでしょう。

ですから、そうです、地球の月の存在は独特の状況として見ることができますが、これはそのような影響が起こらなかったからではありません。地球が太陽と木星からちょうどいい距離にあったので、そのようなペアになりました。Theiaインパクトのようなインパクトは珍しくありませんでした。ただし、Theia-impactは十分に受け入れられている理論であるが、疑いの余地はないことを理解してください。この理論の妥当性についてはいくつかの質問があります。

よろしくお願いいたします。MacUserT

3
Dr Paul A Daniels 2021-02-02 05:30.

上記に言及されていない点は、最終的に月を形成するであろう物質の原始的な群れは、平均して、今日の月と同じ地球の周りの軌道の方向を持っているということです。その場合、半径方向の運動量がキャンセルされ、接線方向の運動量のみ、またはほとんどが(おそらく合体した材料で)残る材料間の衝突を無視するべきではありません。同様に、軌道の軸に平行な衝突は、一般に、軌道の軸に平行な運動量を減らし、物質の円盤につながります(土星の環に見られるように)。自己重力はディスクに「塊」を作り、支配的な塊は優先的に物質をそれ自体に引き付け、単一の物体を形成します。これは、軌道力学の問題ではなく、運動量の交換と集計の統計の1つでもあります。

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