Wir kennen Ereignisse wie die Kollision zweier Neutronensterne, die zu einem Schwarzen Loch führen, auch die Kollision von Schwarzen Löchern und die Kollision von Galaxien. Aber wir sehen niemals einen Satelliten wie einen Mond, der mit einem Planeten kollidiert, oder einen Planeten, der mit einem Stern kollidiert, oder einen künstlichen Satelliten, der mit der Erde kollidiert.
Können solche Himmelskörper (wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne) nicht weiterhin umeinander kreisen? Was lässt sie kollidieren? Ist etwas anderes als die Schwerkraft dafür verantwortlich?
Neutronensterne sind eines der möglichen Endprodukte der Entwicklung von Sternen mit mehr als etwa 8 Sonnenmassen.
Wenn Sie mit einem engen Doppelsternpaar dieser ziemlich massereichen Sterne beginnen – nicht häufig, aber auch nicht selten – entwickelt sich der massereichere Stern zu einem Roten Riesen und Gezeiten (oder sogar Reibung) in der ausgedehnten Hülle werden sie ziehen näher zusammen. Der Rote Riese wird schließlich zu einer Supernova und könnte einen Neutronenstern produzieren. Später wird der ursprünglich weniger massereiche Stern dasselbe tun, was manchmal zu einem sehr nahen Doppelpaar von Neutronensternen führt. (Oder manchmal ein Neutronenstern/Weißer-Zwerg-Paar .)
Die nahe Doppelsterne emittieren beträchtliche Orbitalenergie in Form von Gravitationswellen, was dazu führt, dass die Neutronensterne sich spiralförmig aufeinander zubewegen und schließlich verschmelzen.
Der Grund, warum sie nicht einfach da sitzen und stabil umkreisen, wie es Planeten tun, liegt darin, dass sie sehr massiv und sehr nahe beieinander liegen und sich folglich sehr schnell umkreisen. Da die Intensität der Gravitationswellenemission von der Masse des strahlenden Körpers und seiner Beschleunigung abhängt, können nahe Neutronensternpaare ihre Orbitalenergie in "nur" Hunderten von Millionen Jahren abstrahlen. Der exakt gleiche Effekt tritt bei Planeten auf, aber aufgrund der geringeren Masse und der geringeren Beschleunigung ist die Zeit zum Abstrahlen erheblicher Energie viel länger als das gegenwärtige Alter des Universums.
Es ist nur zufällig. Himmelskörper dieser Größe kollidieren normalerweise nicht miteinander. Sie machen einfach sehr lange weiter und weiter.
Ein typischer Kollisionsmechanismus ist, wenn sich zwei Neutronensterne umkreisen. Ihre Umlaufbahnen zerfallen im Laufe der Zeit tatsächlich langsam, weil sie Gravitationswellen aussenden – es ist ein sehr langsamer Prozess und es dauert sehr lange. Wenn sie einander nahe genug kommen, kommt es zu einer Kollision – oder besser gesagt, sie verschmelzen.
Denken Sie daran, dass dies ein seltenes Ereignis ist.
Die vorherigen Antworten haben auf den Hauptpunkt geantwortet, wie Verschmelzungen zwischen massiven kompakten Objekten (dh Schwarzen Löchern mit Schwarzen Löchern, Neutronensternen mit Neutronensternen usw.) auftreten. Wir haben noch keine Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern beobachtet, aber zweifellos kommen solche Verschmelzungen vor. Meine Antwort enthält einige zusätzliche Informationen zur Geschichte ihrer Erkennung und beantwortet auch die Frage zu Satelliten.
Wie Florin feststellt, sind alle Verschmelzungen massiver kompakter Körper seltene Ereignisse. Die Anzahl der Sterne im Universum ist jedoch verblüffend groß, also bedeutet „seltenes Ereignis“ x „riesige Population“, dass es im ganzen Universum ständig viele solcher Ereignisse gibt, aber wir fangen gerade erst an, sie mit unserem zu entdecken aktuellen Stand der Technik. Es ist eine sehr aufregende Zeit, ein Astronom zu sein!
Das erste Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) nahm 2002 seinen Betrieb auf und suchte nach der verräterischen Gravitationswellensignatur aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher. Nach 8 Jahren hatte es immer noch keine einzige G-Welle erkannt. Ein fortschrittliches LIGO („aLIGO“) wurde dann mit etwa der vierfachen Empfindlichkeit des vorherigen LIGO entwickelt und begann im September 2015 mit der Datensammlung. Fast sofort (tatsächlich, als sie noch Tests damit durchführten, bevor es offiziell eingeführt wurde !) aLIGO entdeckte die Gravitationswellensignatur der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit stellarer Masseüber eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt. Drei Monate später entdeckte aLIGO eine zweite Verschmelzung, und seitdem wurden drei weitere Verschmelzungen von Schwarzen Löchern entdeckt. Und im August 2017 entdeckte aLIGO die Kollision zweier Neutronensterne .
Weitere nachgerüstete Verbesserungen des LIGO-Netzwerks (die „A+“-Vorschläge) im Laufe des nächsten Jahrzehnts werden voraussichtlich die Empfindlichkeit von aLIGO nahezu verdoppeln, sodass wir erwarten können, dass in Zukunft wesentlich kompaktere Objektverschmelzungen/-kollisionen erkannt werden.
Was künstliche Satelliten betrifft, die mit der Erde "kollidieren", sehen wir dies ständig - manchmal spektakulär! Laut NASA "fiel in den letzten 50 Jahren durchschnittlich ein katalogisiertes oder verfolgtes Trümmerstück jeden Tag auf die Erde zurück".
Etwa die Hälfte der künstlichen Satelliten der Erde befinden sich entweder innerhalb der Exosphäre – die sich von etwa 700 km bis 10.000 km über dem Meeresspiegel erstreckt – oder Zehntausende von Kilometern über der Exosphäre in einer geosynchronen Umlaufbahn (wie einige Kommunikations- und GPS-Satelliten). Die Exosphäre ist so extrem dünn, dass die Moleküle – hauptsächlich Wasserstoff – selten interagieren, sodass sie sich nicht mehr wie ein Gas verhält, es kein „Wetter“ gibt und der Luftwiderstand minimal ist (wenn auch nicht null). Die Umlaufbahnen von Satelliten in der Exosphäre und darüber werden hauptsächlich durch Sonnenwind, Strahlungsdruck, Schwankungen des Gravitationsfeldes der Erde (z. B. durch hohe Bergketten) und den Gravitationseinfluss von Sonne und Mond beeinflusst, was alles zu eine Umlaufbahn, die langsam abfällt (Höhe verliert).
Seit 2002 verlangen die USA, dass geostationäre Satelliten am Ende ihrer Betriebsdauer in eine Friedhofsumlaufbahn gebracht werden, um sie von betriebsbereiten Satelliten zu trennen. Dies erfordert einen kleinen Raketenschub, um zusätzliche 300 km Höhe zu erreichen.
Allerdings befinden sich stattdessen etwa 500 betriebsbereite Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn ("LEO") mit einer Höhe von 2.000 km oder weniger. LEO ist die einfachste und billigste Option für die Satellitenplatzierung, aber der Nachteil ist, dass der Luftwiderstand zunehmend relevant wird, sobald Sie sich in der Thermosphäre von 80 km bis etwa 1000 km über dem Meeresspiegel befinden. Die Internationale Raumstation umkreist diese Schicht zwischen 350 und 420 km; Die Iridium-Kommunikationssatelliten umkreisen die obere Thermosphäre bei 780 km.
Für LEO-Satelliten kann das Boosten auf eine Friedhofsbahn unpraktisch sein. Satelliten in niedrigeren Umlaufbahnen verlieren relativ schnell an Höhe, und unterhalb von 160 km Höhe fällt die Umlaufbahn schnell ab und stürzt schließlich auf die Erde ab. Kleine Satelliten verglühen beim Wiedereintritt, aber größere verbrennen möglicherweise nicht vollständig und können unversehrt auf dem Boden aufschlagen. Idealerweise werden diese größeren Satelliten einem geplanten Verlassen der Umlaufbahn (einem kontrollierten Wiedereintritt) unterzogen, um in einen abgelegenen Teil des Ozeans zu stürzen.
Wikipedia listet den größten Weltraumschrott auf, der wieder in die Erdatmosphäre eingetreten ist. Beispielsweise wurden die Raumstationen Saljut und Mir erfolgreich in den Pazifischen Ozean aus der Umlaufbahn gebracht. Etwas weniger erfolgreich war die Raumstation Skylab, die 1979 spektakulär ins australische Outback stürzte.
Und Anfang dieses Jahres, am 2. April 2018, machte Chinas Raumstation Tiangong-1 mit ihrem unkontrollierten Wiedereintritt Schlagzeilen, nachdem China seine Telemetrieverbindung mit dem Raumschiff verloren hatte. Die Segmente, die beim Wiedereintritt nicht in Flammen aufgingen, stürzten in einen abgelegenen Teil des Südpazifiks, aber das war eher Zufall als Absicht.