Update: Objekt ist von Natur aus magisch :-)

Da ist dieses lächerlich dichte Objekt, das auf die Erde passt. Sie hat eine größere Gravitationskraft als die Erde und bricht sie aus irgendeinem Grund nicht.

In Ordnung. Die folgenden Szenarien sind nicht qualifiziert. Nun kommt es darauf an, wie dieses Objekt zustande kommt . Das heißt, taucht es aus dem Nichts auf oder kommt es von weit genug und beginnt in der Nähe der Erde zu "schweben"? Beginnt es, zusammen mit der Erde die Sonne zu umkreisen?

Darüber hinaus schwenken wir auch Dinge über die Erde - ihre Kruste sollte aufgrund des Gravitationsfeldes des Objekts zerbrechen. Irgendwie verhält sich die Erdkruste, als bestünde sie aus Scrith . Was könnte sich dann noch auf unvorhergesehene Weise verhalten?

Im einfachsten (!) Fall erscheint das Objekt in der Nähe der Erde und ruht zunächst relativ zu dieser. Trotzdem fließt der größte Teil der Erdoberfläche, seines Wassers, seiner Atmosphäre usw. zu diesem neuen "Boden" und verlässt die Erde. Die Schwerkraft auf der gegenüberliegenden Seite der Erde wird um etwa 1 g oder mehr erhöht.

Aber die Tatsache, dass sich die Erde dreht, macht sie so, dass ihre gesamte Oberfläche innerhalb von 24 Stunden dem Objekt ausgesetzt ist und die gesamte Oberfläche sauber scheuert, während all dieses Material – Körper, Autos, Züge, Seen, kleine Berge, Städte und so weiter - aus einer Höhe von mehreren Kilometern bis zu etwa achttausend Kilometern auf das Objekt "fällt". Die meisten davon brennen beim Wiedereintritt (das Objekt ist jetzt von einer Atmosphäre umgeben, die dichter ist als die der Erde).

Diese neue „Welt“ ist für Menschen unbewohnbar, weil ihre Oberflächengravitation hoch genug ist, um tödlich zu sein (eine größere Masse als die Erde, in einem viel dichteren Paket).

Die meisten Erdsatelliten fallen offensichtlich entweder auf das Objekt oder, aber es ist ziemlich unwahrscheinlich, werden von der Gravitation unterstützt und in Richtung Weltraum (sie haben nicht genug Energie und verwandeln sich wahrscheinlich in kurzperiodische Kometen) oder in Richtung Sonne geschossen.

Der Mond selbst wird wahrscheinlich weggeschleudert und tritt entweder in die Sonnenumlaufbahn auf halbem Weg zwischen Erde und Mars ein oder fällt nach innen in Richtung Sonne.

Der Massenschwerpunkt des Erde-Mond-Systems verschiebt sich zum Objekt hin und dringt wahrscheinlich tatsächlich in das Objekt selbst ein, da es massiver als die Erde ist.

Die beiden Körper – eine abgescheuerte, kühlende Gesteinskugel, die einst Erde genannt wurde, und eine superdichte Kugel, die mit mehreren Kilometern Schlamm und Schutt mit gelegentlichen Spuren organischer Verbindungen bedeckt ist, ein ebenfalls kilometertiefer Salzwasserozean und eine dichte Stickstoffatmosphäre – rotieren weiter Die Sonne. Abhängig von den anfänglichen Umlaufbahnparametern des Objekts könnte die neue Umlaufbahn die gleiche sein wie die der Erde oder abgeflachter, entweder weiter oder näher an der Sonne.

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Es ist unklar, ob wir von Masse oder Anziehungskraft sprechen .

Gleiche Zugkraft, aber geringe Masse

Die Gravitationskraft (Beschleunigung) ist proportional zur Masse des Objekts geteilt durch das Quadrat der Entfernung von seinem Mittelpunkt.

Stellen Sie sich eine Kugel mit einem Radius von einem Meter vor. Seine Oberflächengravitation wäre (numerisch) das 6,67 × 10 ^{–11 -fache} seiner Masse, um also eine Oberflächengravitation von 1 g (9,81 ms ^–2 ) zu haben, müsste er 1,4 × 10 ¹¹ kg oder 140 Millionen Tonnen wiegen; ungefähr das Gewicht von 1400 Flugzeugträgern der Nimitz-Klasse in einer Kugel mit zwei Metern Durchmesser.

Während die Masse niemals ausreichen würde, um die Umlaufbahn der Erde zu verändern, wäre ihre Dichte mehr als genug, um sie in Richtung des Erdmittelpunkts sinken zu lassen und wahrscheinlich sogar darüber hinauszuschießen – sie würde proportional den gleichen Auftrieb wie eine Blei erhalten Kugel in einer Luftblase. Der Ball hüpfte mehrmals hin und her, bevor er langsam um den Erdmittelpunkt zu driften begann (wo er fast keine Gravitationskraft erfahren würde).

Wenn wir es irgendwie über der Erde aufhängen könnten, würde es einen kleinen Bereich mit seltsamer Schwerkraft erzeugen; An der Oberfläche (d = 1 m) würde die Anziehungskraft 1 g betragen, wodurch die Anziehungskraft der Erde neutralisiert würde, und ein Objekt würde kurz schweben. Bei einem Meter von der Kugel (d = 2 m von der Mitte) doppelter Abstand, ein Viertel der Zugkraft; Sie würden also 0,75 g nach unten erhalten.

Das Erreichen eines Gleichgewichts zwischen zwei Kräften, die wie r ^{−2 verlaufen} , ist unmöglich, es sei denn, man wendet einige technologische Tricks an; es ist eine Folge des Earnshaw-Theorems , der gleiche Grund, warum man ein Objekt nicht sanft schweben lassen kann, indem man einen Magneten oder einen geladenen Plastikstab verwendet ( aktive Steuerung ist ein technischer Trick und die Verwendung der Kreiselstabilisierung führt eine zusätzliche Kraft ein) .

Also keine "gravitationsfreien" Bereiche unter der Kugel .

Was ist, wenn das Objekt die gleiche Masse wie die Erde hat?

Dann hat es entweder eine vergleichbare Dichte oder wir befinden uns wieder im Szenario „komprimierte Materie“.

Im ersten, natürlicheren Szenario knirschen die beiden Planeten zusammen. Außerdem haben sie eine potentielle Gravitationsenergie in Bezug auf ihre Ruheposition (eine Kugel, die etwa 25 % größer als die Erde ist), die einfach ungeheuerlich ist, und diese Energie würde in Wärme umgewandelt werden, während die beiden Planeten aneinander reiben. Wenn der zweite Planet im Inneren nicht sehr kalt ist, würde sich die Erde innerhalb weniger Stunden in einen kochenden Lavaball verwandeln.

Das zweite Szenario ist, wenn möglich, noch schlimmer. Der dichte Materieball hat die gleiche Masse wie die Erde, aber einen viel kleineren Radius. Sagen wir 500 km. Das ist 13-mal kleiner als der Erdradius, und die Anziehungskraft wäre daher 13 ² = 169-mal größer. Bei 500 km Entfernung läge die Beschleunigung noch bei rund 40 g, was mehr als ein Mensch verkraften kann. Die Dinge würden seitlich herunterfallen – die Kugel wäre für alles in einem Umkreis von Tausenden von Kilometern „unten“ und ein vernichtender Tod für jeden, der näher als ein paar Tausend Kilometer ist.

Aber die gleiche Anziehungskraft würde auf die Masse der Erde wirken – ihre Kruste und die Lava darunter. Die Erde und dieser Todesstern würden aufeinander zustürzen, die Gezeitenkräfte würden die Erde buchstäblich auseinanderreißen. Sie können hier etwas Ähnliches sehen, wenn auch mit einer Flüssigkeit, die viel weniger viskos als Lava ist .

Allerdings gibt es einen Haken...

Wie kommt es, dass die Kugel eine solche Dichte hat? Die dichteste Packung von Protonen in gewöhnlicher Materie ist Osmium. Selbst die Drücke im Erdmittelpunkt können die Dichte von Eisen nicht mehr als um den Faktor zwei (eigentlich weniger: von etwa 8 auf etwa 13 g/cm ³ ) verändern.

Es liegt nahe, dass die dichte Kugel nicht durch ihre eigene Schwerkraft auf einer so fantastisch höheren Dichte gehalten werden konnte.

Oder anders gesagt, unser Todesstern wäre nicht stabil . Die Mindestmasse, die erforderlich ist, um eine gewisse Stabilität zu erreichen, wird auf etwa 10 % einer Sonnenmasse geschätzt. Unterhalb dieses Niveaus gibt es keinen bekannten Prozess, der es ermöglichen könnte, Materie innerhalb ihres Schwarzschild-Radius zu komprimieren und so Stabilität für schwarze Löcher zu erreichen (es wird angenommen, dass sich solche „Mikro-Schwarzen Löcher“ während des Urknalls gebildet haben könnten).

Daher würde sich der Todesstern einfach explosionsartig aufblasen , seine aufgestaute Kompressionsenergie freisetzen und dabei die Erde zerschmettern. Aus dem gleichen Grund würde der berühmte „Teelöffel Neutronensternmaterie“, der auf die Erde gegossen wird, niemals in sein Zentrum sinken – er würde eine massive Explosion verursachen. Gefolgt von einer beträchtlichen Neutronenaktivierung, möglicherweise gefolgt von einem nennenswerten nuklearen "Zischen", da die meisten Materialien in der Nähe von Ground Zero in instabile und unwahrscheinliche Isotope umgewandelt werden.

Ihre Einschränkungen:

1. Das Objekt hat eine größere Gravitationskraft als die Erde.
2. Objekt ist lächerlich dichtes Objekt.
3. Objekt passt auf die Erde.
4. Die Erde bricht nicht.
5. Objekt hat eine kleinere Gravitationskraft als die Sonne.

Da Ihre Beschreibung das Objekt, auf das eingewirkt wird, nicht angibt, gehe ich davon aus, dass Sie mit Force die Messe gemeint haben.

Würde sich die Erde plötzlich anders drehen?

Ja , das Baryzentrum (Massenzentrum) des Erde-Objekt-Systems würde sich zu einem Punkt zwischen ihnen bewegen. Sie würden sich dann um diesen Punkt drehen. Je größer die Höhe des Objekts in Bezug auf die Erdoberfläche ist, desto größer ist der Effekt. Der Schwerpunkt eines 2-Objekt-Systems ist definiert als:

$$r_1 = \cfrac{a}{1 + \cfrac{M_1}{M_2}}$$

wo$r_1$ist die Entfernung von$M_1$ins Zentrum des Systems,$a$ist der Abstand zwischen den beiden Objekten, und$M$ist die jeweilige Masse jedes Objekts. Wenn wir in unserem Fall davon ausgehen, dass ihre Massen identisch sind und so$M_1$ist die Erde, dann:

$$r_1 = \cfrac{r_e + h}{1 + \cfrac{M_e}{M_e}} = \cfrac{1}{2}\left(r_e + h\right)$$ .

Wenn also das Objekt auf der Erdoberfläche sitzt ($h = 0$), dann beginnt die Erde zu kreisen$r_1 = 3185.5 \space\text{km}$die knapp unter dem Rand des äußeren Kerns liegt. Wenn Sie die Magnetohydrodynamik berücksichtigen, würde die Änderung des Drehimpulses den Eisenfluss im äußeren Kern verändern und Turbulenzen erzeugen. Dies wiederum würde die Magnetosphäre der Erde destabilisieren.

Wenn die Höhe höher ist, dann würde das Baryzentrum in den Mantel wandern.

Darüber hinaus wäre die Periode ('Tageslänge') dieser Umlaufbahn angesichts der Keplerschen Bewegungsgesetze :

$$T = \sqrt{\cfrac{4 \pi^2 a^3}{G\left(M_1 + M_2\right)}} = \sqrt{\cfrac{4 \pi^2 \left(r_1 + h\right)^3}{2GM_e}}$$

Wenn sich das Objekt in einer Höhe von 0 Metern befände, würde die Umlaufzeit des Objekts und der Erde 21 Minuten betragen. Bei einer Höhe von 35.768 km (geosynchroner Orbit) würde der Zeitraum 15 Stunden betragen. Wie ist das für einen verkürzten Tag?

Hinweis : Ich habe die Gravitationseffekte eines solchen Objekts so nahe an der Erde ignoriert, da OP angegeben hat:

und aus irgendeinem Grund bricht es nicht.

Würde es anfangen, von der Sonne weg zu kreisen?

Nein, es wird VIEL näher an der Sonne herunterfallen.

Diese Antwort ist aufgrund der Orbitalmechanik nicht ganz so einfach. Die Masse des „Erde“-Systems hat sich verdoppelt, daher würde sich auch die Schwerkraft auf das System von der Sonne verdoppeln:

$F_{G_2} = G\cfrac{2M_1 M_2}{r^2} = 2F_{G_1}$wo$F_{G_1} = G\cfrac{M_1 M_2}{r^2}$;

aber da Newtons 2. Gesetz besagt$F = ma$dann ergibt die Kombination:

$$F_G = 2ma = G\cfrac{2m M}{r^2} \Rightarrow a = G\cfrac{M}{r^2}$$

das ist die Normalbeschleunigung der Erde.

Stattdessen ist die plötzliche Massenzunahme auf der Erde ($m \rightarrow 2m$) würde eine Impulsänderung (Impuls) erzeugen. Nun müssen einige Annahmen getroffen werden, die alle stark von der Herkunft des Objekts abhängen . Ich vermute folgendes:

1. Das Objekt „erschien“ aus dem Nichts.
2. Das Objekt und die Erde können in Bezug auf die Sonne als ein einziges System betrachtet werden.

Gegeben Impulserhaltung:

$P_i = P_f$

$m_1i v_1i = m_1f v_1f + m_2f v_2f; m_1 = m_2 = m_e; v_1f = v_2f ; v_1i = v_e$

$m_e v_e = 2m_e v_f \Rightarrow v_e = 2v_f \Rightarrow v_f = \frac{1}{2} v_e$

Daher würde das kombinierte Erde-Objekt-System nach dem Erscheinen des Objekts unter Impulserhaltung die Hälfte seiner Geschwindigkeit verlieren.

Unter Verwendung der Vis-Viva-Gleichung können wir dann berechnen, was die große Halbachse der elliptischen Umlaufbahn werden würde (es wird hier nur von Bedeutung sein):

$v^2 = GM \left(\cfrac{2}{r} - \cfrac{1}{a}\right) = \cfrac{2GM}{r} - \cfrac{GM}{a}$

$\cfrac{GM}{a} = \cfrac{2GM}{r} - v^2 \Rightarrow \cfrac{1}{a} = \cfrac{2}{r} - \cfrac{v^2}{GM}$

$a = \cfrac{1}{\cfrac{2}{r} - \cfrac{v^2}{GM} }$

Großartig, jetzt können wir die große Halbachse der neuen Umlaufbahn herausfinden. Da die Erde eine elliptische Umlaufbahn hat, ist unsere Umlaufgeschwindigkeit$v_e$variiert über das Jahr. Am Aphel (wenn wir im Juli am weitesten von der Sonne entfernt sind),$v_e = 29.29 \space\text{km/s}$. Am Perihel (wenn wir im Januar der Sonne am nächsten sind)$v_e = 30.29 \space\text{km/s}$( Quelle: NASA ). Da sie einen Unterschied von 3,3 % haben, vereinfachen wir unsere Berechnungen und gehen einfach mit$v = 30 \space\text{km/s}$. Wir nehmen auch$r = 150 \times 10^6 \space\text{km}$,$M = 2 \times 10^{30} \space\text{kg}$).

Dies ergibt$75 \times 10^6 \space\text{km}$oder 0,5 AU. Zum Vergleich: Die Venus umkreist sie$108 \times 10^6 \space\text{km}$von der Sonne, und Merkur umkreist dazwischen$46\times 10^6 \space\text{km}$und$70 \times 10^6 \space\text{km}$von der Sonne. Da dies die neue stabile Umlaufbahn wäre, würde das Erde-Objekt-System natürlich zu dieser Umlaufbahn tendieren; Es liegt jedoch immer noch bei 1 AU.

Daher würde die Erde 5 Millionen Kilometer über dem Merkur in eine Umlaufbahn schwingen. Unnötig zu sagen, dass dies SCHLECHT wäre . Welt in Flammen SCHLECHT.

Dies ist aus einer Vielzahl von Gründen SCHLECHT:

1. In dieser Entfernung würde alles Wasser auf der Erde kochen . Die Ozeane, die Meere usw.
2. Die UV-Strahlung würde sich vervierfachen.
3. Beim Einschwingen in diese Umlaufbahn würden sich auch die Umlaufbahnen von Merkur und Venus verändern . Wenn die Erde und der Merkur einander nahe genug kommen würden, wäre eine Kollision eine erhebliche Möglichkeit.
4. Da die Erde von ihrer ursprünglichen Umlaufbahn (1 AE) in diese Umlaufbahn (0,5 AE) schwingt, wird sie daraus wieder herausschwingen. Dann wird es wieder einschwingen und so lange wiederholen, bis sich die Umlaufbahn stabilisiert hat.

Hinweis : Ich habe Keplers Gesetze und Impulserhaltung verwendet, um vereinfachende Annahmen zu treffen. Die Realität ist, dass ich dies simulieren müsste, um eine genaue Darstellung zu erhalten.

Neutronensternmaterial, wenn es mit anderen Mitteln als seiner eigenen Schwerkraft eingeschlossen werden könnte; würde einen Würfel mit einer Seitenlänge von etwa 390 Metern erfordern, um der Masse der Erde zu entsprechen, wenn er irgendwie auf der Erde „platziert“ werden könnte.

Wie LSemi sagt, würde es einfach auf den Kern sinken, beschleunigen und für einige Zeit hin und her springen. (Davor würde es die gesamte Atmosphäre von der anderen Seite des Planeten ansaugen.)

Das Aufprallen würde wahrscheinlich ein heftiges Biegen und Schütteln der Erde, unvorhersehbare zufällige Verwüstungen und extremes Schwappen der Kruste und des Mantels (wie eine Flüssigkeit), aller tektonischen Platten und aller Gewässer verursachen. Erwarten Sie massive Vulkanausbrüche. Die Unterbrechungen werden eine Reibungsheizung von massiven Ausmaßen verursachen, die wahrscheinlich die Kruste verflüssigen, die Ozeane zum Kochen bringen und den Planeten sterilisieren wird. Ich glaube, all dieses Gravitationsruckeln würde auch die Erde und den Mond aus ihren Umlaufbahnen werfen.

Es würde keine Zeit bleiben, dies zu bewundern oder sich darüber zu wundern; Die Verwüstung und der Tod beginnen ziemlich sofort am Ort der Ablagerung.

Denken Sie daran, es sind 4000 Meilen bis zum Erdmittelpunkt, nichts wird dieses Ding davon abhalten, ein Loch durch die Erde zu schlagen, auf der anderen Seite herauszukommen und wieder hineinzutauchen, um dies viele Male zu wiederholen, bevor es sich niederlässt. Denken Sie nicht, dass die Erde steif genug ist, um ihre Form beizubehalten; es wird eher wie ein Amboss sein, der durch die Luft fällt; Das Erdmaterial wird sich bewegen wie die chaotischen Luftturbulenzen, die Sie in einem Windkanal sehen. Niemand, der dieses Ding erscheinen sah, würde länger als ein paar Sekunden leben, um davon zu erzählen.

Nun, für den Anfang, in dem am wenigsten apokalyptischen Szenario, in dem die Masse des Objekts eher mit der der Erde als mit der der Sonne vergleichbar ist, wird alles, was näher am Objekt als am Massenmittelpunkt der Erde liegt, auf das Objekt zufallen (dies ist eine massive Vereinfachung). , aber es sollte Ihnen eine Vorstellung davon geben, was für eine Art von schlechter Nachricht das ist). „Unten“ ist für diese Menschen, Häuser, Ozeane, Magmarohre und so weiter plötzlich eher eine „seitliche“ Schattierung zu „oben“.

Alles andere wird auch auf das Objekt fallen, nur langsamer. Also ja, laut LSernis Antwort wird es nahe am Erdmittelpunkt landen - auf die eine oder andere Weise.

Abgesehen davon schätze ich, dass Sie für die Dauer der Erde lieber eine unendliche strukturelle Integrität für die Erde einwinken würden, in diesem Fall bin ich geneigt zu sagen, ja, schließlich würde sich das Duo Erde + Objekt in die Sonne winden , wahrscheinlich einige Zeit, nachdem der Mond spiralförmig in die Erde eingedrungen ist, das "irgendwann", je nachdem, wie nahe die Kraft des Objekts eher am "Sonne"- als am "Erd"-Ende des Spektrums liegt: Sie haben die Masse der Erde am unteren Ende effektiv verdoppelt Ende, was bedeutet, dass das, was einst ein Gleichgewicht von 30 km / s (Umlaufgeschwindigkeit der Erde) "vorwärts" für jeweils 30 km / s zur Sonne war, zu einer Beschleunigung von ungefähr 30 km / s ^ 2 zur Sonne wird.

(Oder ich könnte meine Orbitalmechanik total vermasseln, in diesem Fall korrigiert mich bitte jemand)