¿Por qué los escombros no colapsaron de nuevo en la Tierra en el momento de la formación de la Luna?

Question

La teoría más precisa para la formación de nuestra luna es la Teoría del gran impacto, que afirma que un cuerpo del tamaño de Marte chocó con nuestra temprana Tierra y después de esta colisión todos los escombros se dispersaron y esos escombros se movieron en una órbita (de alguna manera) y luego se recombinaron para formar nuestra luna.

¿Pero por qué no cayeron esos escombros de vuelta a la Tierra? No tenían ningún componente de velocidad perpendicular para seguir una órbita como se sugiere en esta respuesta.

Fueron proyectados radialmente desde la corteza de la Tierra y del colisionador (¿Verdad?)

Entonces, ¿por qué esos escombros siguieron un camino curvo para formar la luna?

Answer 1

Probablemente muchos escombros han caído de vuelta a la Tierra. Para permanecer en órbita, se necesita suficiente momento angular para superar la atracción. Pero si la colisión ocurrió en un ángulo, una parte de los escombros podría tener suficiente momento angular para sostener la órbita. Aquí hay un buen video de cómo podría haber ocurrido la colisión.

Aquí hay algunas capturas de pantalla del video en caso de que el enlace deje de funcionar

Con el tiempo, cualquier escombro que tenga suficiente momento angular para permanecer en órbita eventualmente se reunirá en la Luna (o caerá de vuelta a la Tierra).

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Edit basado en los comentarios.

Si tienes algo de experiencia en mecánica orbital, podrías esperar que los escombros sigan una elipse. Dado que una elipse forma una órbita cerrada que empezó en la superficie, podrías esperar que después de un período, todos los escombros caerían exactamente donde vinieron. Sin embargo, este no es el caso: las curvas elipsoidales solo ocurren en sistemas de dos cuerpos. El trozo de masa que es eyectado es lo suficientemente grande como para tener un campo gravitatorio propio y esto complica mucho las cosas. Combina esto con el hecho de que los trozos pueden chocar entre sí y pegarse. Esto causa interacciones bastante complicadas y para decir algo significativo, en algún momento tendrías que realizar una simulación. En este caso, las interacciones hacen que parte de la materia entre en órbita en lugar de caer de vuelta.

Answer 2

Las teorías sobre la formación de la luna son hipotéticas y un tema de investigación activa. Aunque la teoría del impacto es la más popular en este momento, no es definitiva. Así que la respuesta verdadera es que no lo sabemos.

Pero las propuestas sobre cómo podría haber sucedido generalmente sugieren una colisión tangencial, donde el segundo cuerpo (Teia) atraviesa el manto de la Tierra, evitando el núcleo de hierro. Esto explica por qué la luna no tiene núcleo de hierro y tiene contenido mineral muy similar al del manto de la Tierra. Esto significa que los escombros comenzarían en una gama de órbitas elípticas rozando la superficie, los ejes principales de las elipses se extienden por el hemisferio que sufrió la colisión (y cruzando en órbita alta). Luego hay un par de mecanismos comúnmente propuestos para circularizar las órbitas: circularización tidal y colisión.

Cuando un cuerpo en órbita elíptica está sujeto a fuerzas de marea, la fuerza es diferente cuando está cerca del planeta que cuando está más lejos. Esto aplica un torque repetitivo en el cuerpo que tiende a hacer la órbita más circular, y también lo arrastra hacia la rotación del planeta. Las fuerzas de marea son más fuertes y más no lineales si el planeta tiene una distribución de masa no esférica, como podría esperarse después de una colisión planetaria.

El otro mecanismo son las colisiones entre cuerpos en órbita. Inicialmente, las partículas tienen una variedad de energías y momentos angulares, son de diferentes tamaños y masas, que van desde grandes fragmentos hasta rocas vaporizadas (mucho calor, por lo que la roca estará hirviendo, lo que empujará los trozos como pequeños cohetes). Cuando los trozos colisionan en órbita, intercambian parte de su energía y momento angular dependiendo de los parámetros de la colisión, pero dadas las propiedades aleatorias de los trozos, se puede considerar que están al azar. Se dispersará en todas direcciones desde el punto de impacto. Algunos de ellos caerán en órbitas aún más elípticas y chocarán con la Tierra. Algunos se desviarán hacia una órbita más circular. Una cierta proporción entra en órbita circular alrededor del límite de Roche y allí se queda, el resto regresa a la Tierra.

Answer 3

Estoy de acuerdo en que planteas un punto válido.

Por supuesto, el material que se lanzó no entrará automáticamente en órbita circular. Compara el lanzamiento de satélites. El cohete coloca su carga útil de tal manera que la carga útil alcanzará un apogeo orbital cerca de la altitud prevista, y luego se necesita algo más de propulsión para circularizar la órbita.

Entonces la pregunta es: en el caso del proto-luna, ¿qué efecto causó la circularización del movimiento orbital del material que luego formó la Luna?

Supongo que el material que fue lanzado se extendió sobre un ángulo tan grande (en relación a la Tierra), que algunos escombros que estaban empezando a caer se encontraron con escombros que todavía se movían hacia arriba.

Imagino que estadísticamente esto puede tener un efecto de circularización: cuanto más excéntrica sea la órbita de un trozo particular de escombros, mayor será la probabilidad de una colisión con algún otro trozo de escombros. Al contrario, cuanto más circulares sean las órbitas de una población de escombros, menor será la probabilidad de una colisión a alta velocidad dentro de esa población.

Para comparar: los anillos de Saturno. En el caso de los anillos de Saturno, la suposición es que los efectos de marea de otras lunas de Saturno tienden a aleatorizar el movimiento de las partículas de los anillos, evitando que esas partículas se agrupen para formar otra luna. Pero los anillos están muy cerca de ser circulares porque cualquier pieza que no esté en órbita circular tiene una probabilidad elevada de colisionar con otras piezas.

En el caso del proto-luna de la Tierra no había otras lunas para evitar la agregación del proto-luna a la eventual Luna.

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[Edición posterior]
Recomiendo la respuesta de SoupDragon
Más detalles que en mi respuesta, y la imagen precisamente ilustra el punto que intentaba hacer en mi respuesta.

Answer 4

Las colisiones hipersónicas de materia sólida resultan en vapor. Gran parte de los "escombros" deben haber estado en estado gaseoso. El gas generalmente no sigue órbitas keplerianas: en su lugar, se colapsa en un disco. La evolución posterior del disco, la condensación y la acreción, formaron la Luna en un proceso similar a la formación de planetas. Al menos, eso es lo que se entiende actualmente...

Answer 5

El impacto gigante podría haber licuado e incluso vaporizado una gran parte tanto del impactador como de la Tierra. Si este fuera el caso, la expansión del gas podría haber agregado velocidad a los ejeccios post-ejeccio, para alterar las órbitas de los ejeccios.

Lock et. Al proponen la posibilidad de que el impacto que creó la Luna impartió tanta energía que el sistema resultante excedió el límite de corrotación (CoRoL), que es el sistema de mayor AM mas caliente posible. Teorizan que el resultado sería un toro de gas vaporizado girando rápidamente llamado sinestia en lugar de un planeta. Aquí hay una figura de su artículo:

Hablan sobre la sinestia contrayéndose y eliminando momento angular de forma similar a como se cree que el disco de acreción de nuestro sistema solar ha eliminado momento mientras se formaban el Sol y los planetas. La formación de la Luna sería entonces análoga a la formación de los planetas en el Sistema Solar.

Nota: Tomé parte del material de esta respuesta de otra respuesta mía aquí: https://astronomy.stackexchange.com/questions/26253/how-fast-was-the-earth-spinning-directly-after-the-moon-formed/40781#40781