Welcher Aufprall ist für eine sichtbare (von der Erde aus) Auswurffahne auf dem Erdmond erforderlich, und würde der Mond überleben?

Nehmen Sie das Erde-Mond-System, wie wir es kennen. Nun verursacht etwas, dass ein großer Stein in Richtung unseres Mondes geschleudert wird. Wie genau das passiert, wird bewusst nicht spezifiziert; es könnte alles sein, von einem Erde-Mars-Krieg über einen Schurkenplaneten, der durch das Sonnensystem zieht, bis hin zu etwas ganz anderem.

Der Aufprall sollte ausreichend energisch sein, um zu bewirken, dass die resultierende Ejektawolke von der Erde aus für jede Kreatur mit menschenähnlicher Sicht, die zu diesem Zeitpunkt zufällig auf den Mond blickt, deutlich sichtbar ist. Legen wir die untere Grenze dafür bei einer Schwadenhöhe von etwa 10 % des Winkels fest, den der Mond selbst von der Erde aus gesehen bei maximaler Höhe einschließt, wo noch eine vernünftige Partikeldichte vorhanden ist. Bonuspunkte für Antworten unter Berücksichtigung von Albedo und Partikeldichte, aber das ist nicht erforderlich.

Zeitpunkt, Ort und Winkel des Aufpralls können beliebig gewählt werden, solange die Sichtbedingungen von der Erde aus erfüllt sind. (Also wird es wahrscheinlich nicht reichen, die Rückseite des Mondes zu treffen, aber Sie können den Apennin von der Seite treffen, wenn Sie möchten.) Ich denke an einen direkten Treffer in der Nähe des Terminators bei Vollmond, aber wenn etwas sonst funktioniert dann fühlen Sie sich frei. Ich erhoffe mir den spektakulären Effekt, weshalb ich mich nicht auf einen bestimmten Ort fixiere.

Sie können davon ausgehen, dass Menschen nichts unternehmen, um der Bedrohung durch einen sich nähernden großen Weltraumfelsen entgegenzuwirken; Dafür gibt es jeden Grund, von technischer oder physischer Unfähigkeit bis hin zur internationalen Politik oder dass die Menschen schon lange vom Planeten verschwunden sind.

Nachdem die Einleitungen aus dem Weg geräumt sind, zwei sehr verwandte Fragen:

Welche Impaktorparameter könnten diesen kurzfristigen Effekt bewirken? Impaktormasse, Geschwindigkeit (relativ zum Mond), Auftreffwinkel, Ort, falls relevant, andere relevante Parameter, an die ich nicht denke?

Wird der Mond den Einschlag wahrscheinlich mittelfristig überleben? Anders gesagt, liegt die Aufprallenergie deutlich unter der Gravitationsbindungsenergie des Mondes (die ca 1.24 × 10 29 J)? Sie müssen sich keine Gedanken über die Auswirkung des Aufpralls auf die Umlaufbahn des Mondes machen.

Ist es richtig anzunehmen, dass Sie mit "10% des vom Mond eingenommenen Winkels" 10% der scheinbaren Größe des Mondes meinen, z. B. etwa 300 km tatsächliche Größe / Durchmesser? Das wäre ziemlich groß.
@Durandal Ja, das ist richtig. Die spezifische Zahl 10 % diente hauptsächlich dazu, überhaupt eine Zahl zu nennen; Ziel ist es, dass das Ereignis für jeden, der zum Zeitpunkt des Aufpralls zufällig in Richtung Mond blickt, deutlich sichtbar und offensichtlich als abnormal ist. Wenn Sie argumentieren können, dass für diesen Effekt weniger als 10 % erforderlich sind, dann verwenden Sie eine kleinere Zahl.

Antworten (3)

Wie klein können wir auf dem Mond sehen?

Wikipedia hat eine Liste von Objekten auf dem Mond, die mit bloßem Auge sichtbar sein können. Wenn man in Astronomie-Blogs nach realen Erfahrungen im Gegensatz zu Berechnungen stöbert, scheint die Antwort auf den Modus der Krater Tycho zu sein , der einen Durchmesser von 86 km hat.

Was muss den Mond treffen, um eine 86 km lange Auswurfwolke zu erzeugen?

Lassen Sie uns zunächst die Kinematik verwenden, um zu bestimmen, wie schnell der Auswurf diese Höhe erreichen muss. Wir können benutzen

v f 2 = v ich 2 + 2 a d
wo d ist 86000 Meter, a ist die Oberflächengravitation des Mondes, -1,6 m/s 2 , und v f = 0. Ich löse das auf v ich = 524 m/s.

Als nächstes können wir zu einem Papier gehen, um die erwartete Auswurfgeschwindigkeit zu berechnen, wie Richardson, et al., 2007 . Wenn Sie sich Abb. 7 dieses Dokuments ansehen, sehen Sie, dass die Auswurfgeschwindigkeit eine logarithmische Funktion des Abstands von der Kante des Impaktors ist. Jetzt konnte ich keine nützlichen Informationen darüber extrahieren, welche Massendichte von Auswurfmaterial erforderlich wäre, um sichtbar zu sein, und dies wird sowieso mathematisch etwas kompliziert. Nehmen wir also vereinfachend an, dass wir den Aufprall benötigen, um Auswurf innerhalb von 1 km nach dem Aufprall zu verursachen Rand 500 m/s gehen.

Aus Gleichung (12) können wir das Volumen des transienten Einschlagskraters berechnen als

v g = K 1 ( m ich ρ t ) ( g a v ich 2 ) − 3 μ 2 + μ .
Der Dichteverhältnisterm aus Gleichung (12) entfällt; Wir gehen davon aus, dass die Dichte des Impaktors dieselbe ist wie die des Mondes. Für die Materialeigenschaften verwenden wir „weiches Gestein“ aus Tabelle 1; Also μ = 0,55 , ρ t = 2250 , und K 1 = 0,2 . m ich die Masse des Impaktors ist und a ist sein Radius. Wir können Masse in Bezug auf den Radius als ausdrücken m ich = 4 / 3 π ρ t a 3 . die Gravitationskraft des Mondes ist g und entspricht 1,6 m/s 2 . Ich löse diesen Ausdruck auf als
v g = 1.7 a 2.353 v ich 1.29 .

Jetzt für Folgegleichungen wollen wir R g , Radius des transienten Einschlagskraters, der in Gleichung (11) in Beziehung steht. Ich löse das rückwärts für

R g = ( 3 π v g ) 1 / 3 = 1.18 a .784 v ich .431 .
Als Testlauf unseres Modells bisher: Wenn Sie ein 100-m-Objekt und einen Aufprall mit 10 km/s einstecken, erhalten Sie einen 2,3 km langen vorübergehenden Aufprallkrater. Groß!

Nun gehen wir weiter zu Gleichung (28), die uns die Auswurfgeschwindigkeit als Funktion des Abstands vom Impaktorrand liefert

v e ( r ) = 2 C T g ( μ μ + 1 ) g R g ( r R g ) − 1 / μ .

C T g eine Proportionalitätskonstante gleich 1,6 ist, siehe Diskussion um die Gleichungen (15) und (20). Ich vereinfache diese Begriffe zu

v e ( r ) = .397 r − 1,82 R g 2.32 .
Wir wollen v e 500 m/s in einem Abstand von r = 1000 m sein, also stecke diese und R g in können wir nach Radius und Geschwindigkeit auflösen
2.47 × 10 8 = a 1,82 v ich .
Offensichtlich gibt es unendlich viele Lösungen, aber für einige vernünftige Projektile muss die Aufprallgeschwindigkeit 10,7 km/s betragen, wenn wir den Radius auf 250 m setzen. Bei einer maximalen Kometengeschwindigkeit von etwa 70 km/s erhalten wir einen Radius von etwa 90 m.

Fazit

Um eine Auswurffahne auf der Mondoberfläche mit bloßem Auge sichtbar zu machen, müssen Sie sie mit einem Objekt mindestens 100 m weit treffen, wenn sie sich mit der Geschwindigkeit eines Langzeitkometen bewegt, oder mindestens 250 m bei einem Streifschuss.

Die zweite Frage ist ein offensichtliches Ja, diese Einschläge sind ziemlich klein auf einer Skala von „Dingen, die den Mond getroffen haben“ und werden keinen (mit bloßem Auge) sichtbaren Einschlagskrater hinterlassen, wenn alles gesagt und getan ist.

Anscheinend gibt es Einschläge, die mit bloßem Auge mit Einschlägen von nur 40 kg gesehen werden konnten : astronomy.stackexchange.com/questions/348 Ich erinnere mich auch schwach, dass es Berichte aus historischen Zeiten gibt, die Ereignisse beschreiben, die Einschlägen auf dem Mond ähneln.
@Durandal Nun, beim Lesen dieses Links war die Auswirkung selbst sichtbar. Für etwa 1 Sekunde war es so hell wie ein Stern der 4. Größe. Diese Frage bezieht sich auf die Auswurffahne.
Ja, damals war mir nicht klar, was die TC wirklich wollte. Offensichtlich besteht eine große Lücke zwischen dem, was als „sichtbar“ angesehen werden kann, und dem „spektakulären“ Ereignis, das er sucht. Ehrlich gesagt ist mir immer noch nicht klar, was er will, und ich vermute, dass es sehr schwer sein wird, „spektakulär“ zu quantifizieren. Sorry für die Verwirrung.

Ein winziges Raumschiff, Lunar Prospector (das auch Gegenstand dieser paranoiden Antwort ist ), wurde mit der Erwartung abgestürzt, eine sichtbare Wolke zu hinterlassen.

Die Menschen sehen „vorübergehende Phänomene“, die wahrscheinlich durch kleine Einschläge verursacht werden, und sie hinterlassen keine Spuren, die mit den stärksten Teleskopen gesehen werden können. Also wieder kleine unbedeutende Körper.

Betrachten Sie für die Überlebensfähigkeit die „Strahlen“ auf der Mondoberfläche, die von einigen Kratern kommen. Es war eindeutig eine riesige Wolke, die hunderte oder tausende Kilometer weit ausfallen würde; sondern nur ein Krater. Keine große Sache.

Sie haben die Bindungsenergie berechnet … wissen Sie, was das bedeutet ? Bedenken Sie, dass der Impaktor aus (ungefähr) ruhender Unendlichkeit fallen wird , die gleiche, die in der Bindungsenergie verwendet wird. Aus der Definition der Begriffe geht also hervor, dass ein fallendes Objekt so groß wie der Mond sein müsste, um mit der gleichen Energie wie die Bindungsenergie des Mondes aufzuprallen.

Ich glaube nicht, dass der Einfluss von Lunar Prospector mit bloßem Auge sichtbar sein sollte, was das OP verlangt.

Wir haben eine Beobachtung einer Einschlagfahne, die aus dem Mittelalter stammt. Der Mond ist noch da. Die Höhe der Wolke kennen wir allerdings nicht.

Welcher Aufprall ist für eine sichtbare (von der Erde aus) Auswurffahne auf dem Erdmond erforderlich, und würde der Mond überleben?
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