Wie würde sich ein Aufprall mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf Jupiter auf den Planeten und das Sonnensystem auswirken? [geschlossen]

Wir hatten kürzlich eine sehr ähnliche Frage zu einem relativistischen Asteroiden, der auf die Sonne einschlägt . Ich argumentierte, dass der Asteroid nicht überleben würde, weil die hohe Geschwindigkeit zu einer ziemlich großen Ablation führen würde, da die starken Widerstandskräfte in der Photosphäre ihn auseinanderreißen würden. Selbst wenn es bis zu einer vernünftigen Tiefe vordringen würde, würden die hohen Temperaturen im Sonneninneren weiter zu seinem Untergang beitragen; die Sonne ist einfach groß und massiv und extrem heiß.

Jupiter ist ein etwas anderer Fall, weil er kleiner, weniger massiv und kühler ist. Es hat auch eine viel geringere Gravitationsbindungsenergie ,$^{\dagger}$welches ist

$$U=\frac{3GM_J^2}{5R_J}\approx2.063\times10^{36}\text{ Joules}$$ Sie müssten diese Energie mit Ihrem Projektil erreichen, um den Planeten auseinanderzureißen. ​Nehmen Sie 52 Europa , einen der größten Asteroiden im Sonnensystem, mit einer Masse von ca$2.26\times10^{19}$kg. Beschleunigen Sie es auf 90 % der Lichtgeschwindigkeit. Die Energie dieses Asteroiden wird dann sein $$E=\frac{mc^2}{\sqrt{1-(v/c)^2}}\approx2.0619\times10^{36}\text{ Joules}$$ was eigentlich ziemlich nah an der Bindungsenergie des Planeten liegt! Bei der Geschwindigkeit, die Sie auflisten, besteht die Möglichkeit , dass Jupiter gestört wird - vorausgesetzt, die gesamte kinetische Energie fließt in die Befreiung des Planeten.

(Das ist übrigens eine Menge Energie, so viel Energie, wie die Sonne in 170 Jahren erzeugt. Wenn Sie darüber nachdenken, wie machbar es ist, Jupiter zu zerstören, denken Sie daran!)

Nehmen wir andererseits an, dass kinetische Energie vollständig in thermische Energie übergeht. In diesem Fall würde es Jupiters Temperatur um erhöhen

$$\Delta T\sim\frac{\mu m_pE}{M_Jk_B}$$ mit$\mu$die mittlere Molekülmasse,$m_p$die Masse eines Protons und$k_B$Boltzmann-Konstante. Für$\mu=2$, erhalte ich eine absurde mittlere Temperatur in der Größenordnung von 100.000 Kelvin, was Jupiter trotz seiner geringen Größe wesentlich leuchtender als die Sonne machen würde (obwohl er immer noch zu kühl ist, als dass Kernfusion einsetzen könnte). Es würde auch Moleküle in der Atmosphäre abbauen und Atome ionisieren, was zu einem Objekt führen würde, wie wir es in Anbetracht seiner Masse nicht kennen.

Die Wahrheit liegt wahrscheinlich irgendwo in der Mitte; nur wo, weiß ich nicht genau. Basierend auf dem oben Gesagten ist mein SWAG hier für das Szenario eines kinetischen Projektils wie 52 Europa, dass Sie Folgendes sehen würden:

• Extreme Erwärmung und anschließende Expansion, da der Planet ein neues hydrostatisches Gleichgewicht erreicht, nachdem die Temperaturerhöhung nun zu einer Druckerhöhung geführt hat. Die Atmosphäre wird zumindest teilweise, wenn nicht vollständig, ionisiert.
• Im Falle eines direkten Aufpralls würde der Kern wahrscheinlich bis zu einem gewissen Grad gestört, wenn nicht auseinandergerissen werden. Dies könnte dazu beitragen, dass die Überreste des Planeten im Laufe der Zeit einen Teil ihrer Gashülle verlieren, hauptsächlich Wasserstoff und Helium.
• Asteroidenresonanzen können verschwinden und die Struktur des Asteroidengürtels verändern. Die Umlaufbahnen einiger trojanischer Asteroiden werden sicherlich gestört.
• Da Jupiter mit keinem Planeten in Resonanz ist, glaube ich nicht, dass es andere signifikante Gravitationseffekte geben wird - obwohl ein heißerer Jupiter für die Erde problematisch wäre.

All dies ändert sich, wenn Sie die Masse des Projektils ändern. Eine geringere Masse wird Jupiter nicht zerstören (wie wir es getan hätten$E<U$); Eine höhere Masse hätte eine bessere Chance, obwohl es im Sonnensystem nur sehr wenige Asteroiden mit der entsprechenden Masse gibt, die sich sogar mit 90% der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, und Sie müssten eindeutig ein asteroidenähnliches Objekt werfen bei Jupiter, um eine Chance zu haben, ihn zu zerstören.

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$^{\dagger}$Etwa fünf Größenordnungen niedriger als die Sonne, für das, was es wert ist.