Si la Lune était impactée par un météore de taille appropriée, combien de temps faudrait-il pour toucher la Terre?

Une réponse à la question de savoir dans quelle mesure la Lune protégerait-elle la Terre d'un météore? mentionne comme une possibilité que la Lune puisse être projetée dans la Terre.

Quel est le plus petit changement sur l'orbite de la Lune après avoir été impacté par un gros météore qui pourrait finalement avoir un impact sur la Terre (c'est-à-dire "encercler le drain")? À quoi cela ressemblerait-il (minutes, heures, jours, années, etc.)?

Comme plusieurs personnes l'ont dit, cela est incroyablement improbable. Cela s'explique en partie par le fait que l'effet "encerclant le drain" que vous décrivez ne se produit pas vraiment pour les objets solides beaucoup moins denses que les trous noirs. Les orbites ne sont pas "précaires" de cette façon.

Donc, supposons que quelque chose d'assez grand et assez rapide pour changer sensiblement sa vitesse, mais pas assez grand ou assez rapide pour le briser, a frappé la Lune. L'effet serait de déplacer la Lune de son orbite presque circulaire actuelle autour de la Terre, vers une elliptique. Selon la direction de l'impact, il se rapprocherait un peu plus de la Terre qu'il ne l'est actuellement, une fois par orbite, ou un peu plus loin (il pourrait également basculer un peu vers le nord et le sud). Ce qui est important cependant, c'est que cette piste elliptique est stable au moins pendant un certain temps. Supposons qu'il soit projeté sur une orbite située à 220000 miles de la Terre au plus proche et à 240000 miles au plus loin, c'est là qu'il restera. Il ne "s'enroulera pas".

Sur une période suffisamment longue, la gravité du Soleil entre également en jeu et les choses peuvent changer un peu, mais c'est un effet relativement faible.

Supposons maintenant que l'impact était vraiment important, ou peut-être qu'il y ait eu une longue série d'impacts (commençant à ressembler à une action ennemie ..) de sorte que le point le plus intérieur de l'ellipse a finalement été abaissé à quelques milliers de kilomètres de la Terre , en quelque sorte miraculeusement pas briser la Lune en fragments dans le processus. À cette distance, il devient important que le côté proche de la Lune soit plus proche de la Terre que le côté lointain, de sorte que la gravité de la Terre tire dessus plus fortement. Si elle orbitait plus près d'environ 3000 km de la surface de la Terre pendant longtemps (la limite de Roche), ces forces finiraient par la mettre en pièces, et la Terre aurait probablement un joli ensemble d'anneaux pendant une courte période avant les collisions internes entre les bits provoqués. qu'ils pleuvent sur Terre et tuent tout le monde.

Supposons enfin que le (s) impact (s) était (étaient) si important (s) qu'ils ont réellement placé la Lune sur une orbite elliptique dont le point le plus intérieur était si proche de la Terre que la Terre et la Lune se sont touchées. Cela est manifestement impossible sans briser la Lune, mais dans ce cas, la Lune toucherait en effet la Terre. Le temps de l'impact serait d'environ 1/4 de la période orbitale actuelle de la Lune, soit environ une semaine.

Il n'y a aucune possibilité que la Lune soit éjectée de son orbite par un impact d'astéroïde. Comparé à la lune, même un gros astéroïde de type Chicxulub a une très petite masse, et la lune a déjà été frappée par plusieurs d'entre eux, mais comme vous pouvez le voir, elle n'a pas été éjectée de son orbite. Le plus gros astéroïde de la ceinture d'astéroïdes est Ceres, de 500 miles de diamètre. Sa masse est très petite par rapport à la lune, mais si un miracle la faisait sauter hors de son orbite dans la ceinture d'astéroïdes, à mi-chemin de Jupiter, et faire une ligne d'abeilles pour la lune, un impact à 25 km par seconde pourrait juste être suffisant pour produire une très légère oscillation dans l'orbite de la lune, mais pas assez près pour l'envoyer vers la Terre. La lune s'éloigne en fait de nous à un rythme de plusieurs centimètres par an.

Il y a deux problèmes en jeu ici, dont un seul est réel.

Il est possible de calculer l'énergie et l'élan qu'un impact d'astéroïde devrait transférer sur la Lune, en supposant que deux boules solides (boules de billard newtoniennes classiques) se heurtent (soit un impact direct, soit un impact brillant). Il y a certainement des cas où le résultat serait que la Lune entre dans une orbite qui frappe la Terre.

Cependant longtemps avant que l'impact ne soit suffisamment grand pour déplacer sérieusement une Lune solide, les deux corps cessent d'agir comme des masses solides et agissent davantage comme des gouttes de liquide. Ils éclaboussent , jetant à la fois de la roche fondue et solide dans l'espace dans toutes les directions à différentes vitesses.

En substance, il s'agirait d'une version plus petite des événements qui auraient théoriquement formé la Lune en premier lieu, avec une protoplanète de la taille de Mars (nommée Theia - h / o / w / 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) frappant la très jeune Terre. Voir l'article Wikipedia pour une brève description décente et des pointeurs pour plus de détails.

Il y a des problèmes avec cette hypothèse comme explication de la formation de la Lune, mais les grandes lignes ont été modélisées en détail et sont bien comprises à ce stade. Un impact suffisamment grand pour déplacer sérieusement une boule de billard Moon libérerait une très grande quantité d'énergie et projetterait une très grande quantité de roche dans l'espace dans toutes les directions.

La majeure partie de la roche meuble formerait un anneau planétaire autour de la Terre avant d'être capturée par les restes de la Lune. Assez frapperait la Terre pour être sérieusement gênant. Je ne l' ai pas vu des estimations pour une grève lunaire moderne - il est vraiment moyen , chemin vers le bas sur la liste des choses à se soucier - mais back-of-the-enveloppe estimations me font fortement suspecter que ce serait très bon moment pour rejoindre la colonie martienne d'Elon Musk ...

Voici le calcul du scénario le plus rapide, dans lequel la Lune arrêterait soudainement son orbite et tomberait directement sur Terre:

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

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

$r = 356400000 m$

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

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

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

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

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

Ce n'est pas tout à fait 1,5 heures (réponse de NoAnswer) mais pas non plus une semaine (réponse de Steve Linton). De plus, il s'agit d'une limite supérieure (sur la limite inférieure, duh), car l'accélération augmentera à mesure que la Lune se rapproche de la Terre.

La réponse à la question est la même que celle de NoAnswer mais pour des nombres différents: tout ce qui se situe entre la limite inférieure (moins de 4 jours) et l'infini (en supposant que les orbites instables peuvent être obtenues en ne désorbitant pas complètement la Lune d'un seul coup).

TL; DR: Tout ce qui se situe entre 1,5 heure et l'infini.

Supposons que la lune soit heurtée dans son périgée par un objet de même masse et vitesse mais de sens de déplacement opposé par rapport à la Terre.

Supposons également qu'un gros morceau de débris laissé par cet impact colossal resterait à la dernière position connue de la lune mais avec une vitesse orbitale nulle. (Peut-être que l'astéroïde impactant était fait de fromage?) Ce morceau de débris sera "la lune" aux fins de cette réponse.

Après l'incident, "la lune" va chuter vers la Terre, accélérée par une force d'environ 1G. En effet, la gravité ne diminue pas beaucoup sur une distance donnée et 1G est la force exercée par la Terre. En fait, "la lune" exerce également une force mais pour simplifier, supposons qu'elle n'annule que l'effet de la distance.

L'accélération de la lune est donc d'environ 9,81 m / s² avec une distance de départ du périgée des lunes (~ 270 000 km si je me souviens bien, étant trop paresseux pour la rechercher sur wikipedia). Si je ne me trompe pas, "la lune" prendra (sqrt (distance / accélération) = 5246,23 secondes) environ 1,5 heure pour atteindre la Terre. Ce sera peut-être un peu moins pour le rayon de la Terre. Il arrivera également à une vitesse supérieure à Mach 50 et donc "impactera" l'atmosphère de la Terre, c'est-à-dire connaîtra une résistance équivalente à la barrière acoustique plus un échauffement compressif extrême, susceptible de le déchirer.

C'est le moyen le plus rapide pour que la lune soit impactée puis s'écrase sur la Terre. Cependant, la question posée pour le chemin le plus lent: Eh bien, en diminuant la masse et / ou la vitesse de l'astéroïde impactant la lune, nous pouvons "affiner" l'effet pour prendre n'importe quel temps entre 1,5 heures (arrêt complet par rapport à la Terre / orbite, voir ci-dessus) et l'infini (ayant toujours une orbite stable). Pour les accidents lunaires plus d'une heure et demie après l'impact initial, la lune devrait être placée sur une orbite instable, par exemple en orbite de temps en temps à travers les zones à faible densité de l'atmosphère terrestre.

D'autres réponses ont également mentionné des moyens pour que la lune soit détruite ou déchirée lors du processus de désorbitation, ce qui s'applique certainement. Je voulais juste me concentrer sur l'aspect de la chronologie.

Je dirais que la limite inférieure du retard d'impact se situe aux alentours de 1,3 seconde.

Tout impact qui laisserait la Lune au repos par rapport à la Terre (voir les réponses précédentes) perturberait également, ahem, la structure de la Lune. Au fur et à mesure, transformez-le en un nuage de vapeur et de débris en expansion, dont certains frapperaient la Terre plus tôt, dont certains formeraient un anneau, dont certains s'échapperaient (ou sortiraient) du reste du système solaire. (Je ne sais pas dans quelle mesure même la colonie d'Elon sur Mars s'en sortirait après une grosse collision.)

Donc, si nous permettons des perturbations, il suffit de frapper la Lune avec un essaim convergent d'impacteurs ultra-lativistes. Ils transforment essentiellement la Lune en une charge géante. Composez l'énergie que vous souhaitez pour sélectionner la vitesse du jet résultant, jusqu'à la vitesse de la lumière moins une petite marge. Pour une visualisation de l'impact résultant, recherchez l'une de ces photos en stop motion d'une balle frappant une pomme ...