¿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

La bala de cañón de Newton aparentemente se aplica aquí, lo cual sospecho es la base de tu pregunta.

Un cuerpo en órbita sin propulsión revisitara su posición, por lo que cualquier cosa que haya sido disparada desde la superficie de la Tierra debe regresar a la Tierra. Eso es correcto.

Sin embargo, la cuestión aquí es la falta de propulsión. Si algo interfiere con este objeto en su órbita, puede alterar su trayectoria.

Como ejemplo simple de pensamiento: si lanzo una pelota hacia arriba, volverá a caer. No "rebotará" en el aire. Lanzamiento, hacia arriba, hacia abajo, aterrizaje. Esa es la secuencia de eventos.

Pero si lanzo una segunda pelota y logro golpear la primera pelota con ella, puedo alterar su trayectoria, potencialmente cambiándola de movimiento descendente a movimiento ascendente nuevamente. Con la fuerza y el momento adecuados (y una altitud no atmosférica), la primera pelota podría cambiar su trayectoria hacia una órbita sostenible.

Es importante darse cuenta de que todos estos fragmentos se estaban golpeando constantemente, alterando la trayectoria. Los fragmentos que subieron golpearon a los que bajaron. Aunque las probabilidades de golpear al otro fragmento con la fuerza exacta para que uno (o ambos) logren órbitas son bastante bajas, había muchos fragmentos.

Dada la ley de los grandes números, es estadísticamente probable que un subconjunto de los fragmentos logren una órbita lo suficientemente estable. Todo lo demás cayó de vuelta o escapó de la gravedad terrestre.

También hay que tener en cuenta que el polvo no necesitaba lograr una órbita cercana a circular. Lo más correcto sería decir que la órbita actual de la Luna es básicamente un promedio de todas las trayectorias de las partículas de polvo, que básicamente se promediaron a medida que impactaban unas con otras y se convertían en un solo objeto.

Estas trayectorias originales de polvo podrían haber sido muy diferentes entre sí, y es una suposición razonable pensar que efectivamente lo fueron antes de formar la Luna.

Answer 2

Puedo ver de dónde viene esta pregunta: si disparas un cañón desde la superficie de un planeta sin aire con suficiente velocidad para lograr algún tipo de órbita, entonces la bala de cañón inevitablemente volverá y golpeará al cañón por detrás.

Pero la situación se vuelve mucho más complicada cuando tienes vastas cantidades de escombros volando hacia el espacio, porque el campo de escombros no es solo una sola bala de cañón en un campo gravitacional bonito y ordenado. Cada partícula de escombros está unida gravitacionalmente por el planeta que acaba de abandonar, pero también por todos los demás escombros a su alrededor. Un grano de arena que vuela bajo podría no haber sido lanzado con suficiente velocidad para hacer más que un largo arco a través del cielo, pero está siendo atraído hacia arriba por un trillón de granos que casi adquirieron la velocidad de escape, y mientras tanto los granos de arena que se acercaron a la velocidad de escape están siendo arrastrados hacia abajo por los granos que están debajo de ellos. Es casi como un fluido en el vacío, unido por la gravedad en lugar de la tensión superficial. Gran parte de la masa caería de nuevo o sería lanzada a una órbita solar independiente, pero a medida que la mancha de desorden interactúa consigo misma y se coagula, gran parte de ella encontrará una órbita más o menos estable, lo que llevará a su coalescencia en un solo cuerpo durante muchos millones de años.

O dicho de otra manera, el impacto lanzó tanto escombro que el baricentro del planeta se movió durante el impacto, de modo que las órbitas que previamente hubieran intersectado la superficie del planeta ahora apuntaban hacia el espacio vacío alrededor.

Pero incluso eso no es toda la historia. Creo que estás subestimando enormemente el efecto en la Tierra misma. La formación de la Luna es menos "despedir muchos escombros de la superficie" y más que el propio planeta se re-fundió por completo y se estiró en una forma oblonga y blanda por el impacto. No pienses en ello como pedazos de roca volando desde la superficie hacia el espacio; piénsalo más bien como estirar una bola de plastilina. Tanto del planeta se fue 'allá arriba' que conceptos como órbitas estables ni siquiera tenían mucho sentido por un tiempo. Es como si el planeta entero se hubiera extendido en un disco protoplanetario y se hubiera reformado en una forma diferente. (Técnicamente no era realmente un disco, solo un largo blob, pero aún así.)