Welche Gefahr besteht für Ceres bei einer Kollision mit anderen Asteroiden?

Es gibt ein paar häufige Missverständnisse über die Dichte des Hauptgürtels und die relativen Geschwindigkeiten zwischen seinen Mitgliedern, die anscheinend ziemlich viele ähnliche Fragen wie Ihre auf unserer Website aufwerfen. Dies scheint darauf hinauszulaufen, wie der Asteroidengürtel (auch bekannt als Hauptgürtel, weil er nicht wirklich der einzige Asteroidengürtel im Sonnensystem ist) oft visuell in den Medien dargestellt wird, wodurch seine Dichte für Visualisierungszwecke stark übertrieben wird. Ich möchte Sie zunächst einladen, einige Antworten auf diese verwandten Fragen durchzulesen, die die Hauptgürteldichte aus verschiedenen Perspektiven diskutieren:

• Wie groß ist die (Teilchen-)Dichte des Asteroidengürtels?
• Wie navigieren Raumfahrzeuge durch den Asteroidengürtel, um Kollisionen zu vermeiden?
• Wie häufig kollidieren Asteroiden miteinander?

Sie werden feststellen, dass die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwar nie Null ist, aber tatsächlich astronomisch gering ist. Aber es kommt noch besser, zumindest was Kollisionen zwischen Hauptgurtgliedern betrifft. Sie sehen, die Masse von Ceres beträgt, obwohl sie das größte Mitglied des Hauptgürtels ist, nur etwa 1,3 % der Masse unseres eigenen Mondes. Das bedeutet, dass es ein gravitativ viel weniger attraktiver Körper ist, was die Wahrscheinlichkeit weiter verringert, dass es die Umlaufbahnen anderer Asteroiden im Hauptgürtel durch die Schwerkraft ausreichend stören würde, um sie zu destabilisieren und möglicherweise später einige Umlaufbahnen von Cerean um die Sonne zu überschneiden. Bei einer Umlaufzeit von Cerean von 4,6 julianischen Jahren würde es, selbst wenn das passieren würde, viele dauern,

Besser noch, die relativen Geschwindigkeiten zwischen Hauptgürtelobjekten sind gering, und alle anderen sind viel weniger massiv als Ceres, beides Tatsachen, die das kinetische Potenzial solcher Kollisionsereignisse erheblich reduzieren. Wenn wir es also tatsächlich kolonisieren, und wir müssten zuerst die Technologie dazu haben, hätten wir auch Mittel, um zukünftige Kollisionen vorherzusagen, und hätten ausreichend Zeit, um alle bedrohlichen Objekte von ihrer sich kreuzenden Umlaufbahn mit Ceres wegzulenken. Wenn Sie das viele Jahre im Voraus tun, wird es selbst für die heutige Technologie zu einer trivialen Angelegenheit.

Bearbeiten : Wenn ich darüber nachdenke, könnten sie angesichts der Seltenheit einiger der anderen Hauptgürtelobjekte, die Ceres relativ nahe kommen, eher als Segen denn als Fluch angesehen werden. Sie können sie für wahrscheinlich dringend benötigte Ressourcen relativ billig in der Region abbauen, in der es fast keine andere bedeutende Masse gibt, die sich über Millionen von Kilometern in jede Richtung befindet.

Für einige Zahlen siehe Collision rates and impact velocities in the main asteroid belt , Paolo Farinella, Dipartimento di Matematica, Università di Pisa und Donald R. Davis, Planetary Science Institute, Tucson, Arizona Papier, das, obwohl es nicht gerade neu ist (herausgekommen ist in meinen College-Jahren) und ist leider Paywall-bezahlt, gibt in seiner Zusammenfassung einige relevante Zahlen zu unserem Problem. Der Einfachheit halber hier die Zusammenfassung des erwähnten Artikels wiedergeben:

Wir haben unter Verwendung des Algorithmus von GW Wetherill (1967, J. Geophys. Res. 72, 2429–2444) gegenseitige Kollisionswahrscheinlichkeiten und Aufprallgeschwindigkeiten für eine Gruppe von 682 Asteroiden mit einem Durchmesser von > 50 km berechnet, die eine vorspannungsfreie Stichprobe darstellen sollen von Asteroidenbahnen.

Für jeden Asteroiden haben wir die intrinsische Kollisionswahrscheinlichkeit erhalten,$P_i$, die durchschnittliche Kollisionsgeschwindigkeit,$V$, und die Anzahl der Projektilbahnen, die die Bahn des Zielasteroiden, Ncross, unter Verwendung der richtigen Bahnelemente von A. Milani und Z. Knežević (1990, Celest. Mech. 49, 247–411) schneiden können. Die Durchschnittswerte und die entsprechenden Standardabweichungen für die gesamte Asteroidenprobe sind:

• $〈P_i〉 = 2.85 ± 0.66 \cdot 10^{−18} \text{ km}^{−2} \text{ year}^{−1}$,

• $〈V〉 = 5.81 ± 1.88 \text{ km/sec}$,

• $〈N_{cross}〉 = 601$(88 % der bestehenden Bahnpaare).

Es wurden keine signifikanten Unterschiede in den Durchschnittswerten von gefunden$P_i$,$V$, oder$N_{cross}$Verwenden von oskulierenden Elementen anstelle von richtigen Elementen, obwohl sich die Ergebnisse für einzelne Asteroiden ändern können$\approx 10\%$.

Ein laufender Kastenmittelwert der intrinsischen Kollisionswahrscheinlichkeit mit der großen Halbachse zeigt eine Spitze in der Nähe$2.7 \text{ AU}$mit$〈Pi〉= 3.4 \cdot 10^{−18} \text{ km}^{−2} \text{ year}^{−1}$gefolgt von einem nahezu monotonen Abfall auf$〈Pi〉 = 1.8 \cdot 10^{−18} \text{ km}^{−2} \text{ year}^{−1}$bei$3.3 \text{ AU}$.

Kollisionswahrscheinlichkeiten sind nahezu unabhängig von Exzentrizitäten, zeigen jedoch eine signifikante Abnahme bei größeren Neigungen. Wie erwartet wachsen die Kollisionsgeschwindigkeiten schnell mit zunehmender Exzentrizität und Neigung der Umlaufbahn, aber sie zeigen überraschend wenig Variation über den Asteroidengürtel.

Asteroiden der Familie kollidieren zwei- bis dreimal häufiger mit anderen Mitgliedern derselben Familie als mit Projektilen außerhalb der Familie, aber die relative Geschwindigkeit dieser familieninternen Einschläge ist für die Familien Koronis und Themis vergleichsweise gering.

Selbst wenn wir die Anzahl der koloniebedrohenden Massenasteroiden im Hauptgürtel, der die Cerean-Umlaufbahn schneidet, großzügig überschätzen, sagen wir der Argumentation halber, dass es eine Million von ihnen gibt, und unter Berücksichtigung der gesamten Cerean-Oberfläche ($2,850,000 \text{ km}^2$), die durchschnittliche Zeitspanne zwischen zwei solchen Zivilisationsendereignissen (unter der Annahme, dass nichts dagegen unternommen würde), ergibt sich alle ungefähr 125.000 Jahre ein solches Ereignis. Denken Sie daran, dass dies eine grobe, großzügige Schätzung ist und in Wirklichkeit um Größenordnungen weniger häufig vorkommen sollte (sprich: Millionen von Jahren).

Kollisionen am Ende der Nicht-Zivilisation würden jedoch viel häufiger vorkommen. Nicht gerade bewölkt mit der Chance auf Fleischbällchen , aber in einer meiner Berechnungen ungefähr zwei Kollisionen mit über tausend Tonnen (etwa 10-mal weniger massivem als der Chelyabinsk-Meteor) Objekt pro Jahr bei genannten Geschwindigkeiten (die also über fünfmal kleiner sind). ungefähr 26,7-mal weniger kinetisches Potential pro Objekt gleicher Masse als das, was die Erde und der Mond allein durch ihre eigenen Umlaufgeschwindigkeiten um die Sonne schöpfen ).

Nun ist die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit anderen Objekten, die nicht Mitglieder des Hauptgürtels sind, ebenfalls ungleich Null und könnte möglicherweise viel bedrohlicher sein, wenn höhere Relativgeschwindigkeiten beteiligt sind, und einige der transneptunischen Objekte (wie der Kuipergürtel oder der Oort Wolkenobjekte) könnten durch andere Kollisionen zwischen ihnen in Richtung des inneren Sonnensystems geschleudert werden. Aber wie gesagt, Ceres ist ein wirklich kleines Ziel, das man treffen kann, und das Gebiet wird auch durch die Gas- und Eisriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) zwischen dem Hauptgürtel und TNO geschützt, und das sind viel, viel stärkere Attraktoren, die sich klären die Nachbarschaft durch den als Akkretion bekannten Prozess.

Also, TL;DR - wie auch immer Sie es betrachten, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit einem Objekt mit erheblicher Masse ist um Größenordnungen geringer, als wenn wir zum Beispiel eine Kolonie auf unserem eigenen Mond setzen würden. Und es wäre hinsichtlich der benötigten Energie um ein Vielfaches einfacher, Teile oder sogar die gesamte Cerean-Oberfläche vor solchen Ereignissen zu schützen.