Что будет, если замедлить луну?

Допустим, вы поместите на поверхность Луны огромный ракетный двигатель и снизите его орбитальную скорость.

Не до полной остановки, заметьте. Просто немного медленнее, чем раньше (пару м/с?).

Интуитивно (т.е. не занимаясь математикой или даже не зная математики), я бы сказал, что она начнет двигаться по спирали к земле и в конце концов врежется в нее.

Я задавался этим вопросом из-за этого видео YT о космической программе Kerbal, в котором рассказывается о том, сколько потребуется времени, чтобы остановить луну. Я полагал, что вам не нужна такая большая дельта-V, что гораздо меньшее замедление уже (в конечном итоге) уже сбило бы с орбиты луну.

Это правильно?

Как ни странно, замедление Луны заставит ее ускориться.
Если вы включите атмосферное сопротивление, то эллипс, описанный в ответах, станет своего рода спиралью - то, как вы его наблюдаете, зависит от того, смотрите ли вы из статической точки в космосе или из положения на земле (вращение Земли)
Это вопрос для what-if.xkcd.com
Почему бы не посмотреть, что происходит с космическими кораблями KSP, когда они замедляются?
Изменение высоты орбиты (ближе к Земле) по мере уменьшения ее орбитальной скорости и увеличения скорости, как в случае с фазой перигея для спиральной орбиты.
@immibis: Я не играю в KSP, и я скорее доверюсь физике.SE, чем компьютерной игре/симулятору. ;-)
Компьютерная игра/симулятор — это вещь, которая делает за вас математику, а не отдает ее интуиции :)
@LLlAMnYP: По профессии я инженер-программист. Я не доверяю программному обеспечению. ;-)

Ответы (3)

Чтобы пролить свет на комментарий Эмилио и развить ответ Фабриса, произойдет следующее. Учитывая, что изменение скорости можно считать мгновенным относительно периода, Луна окажется на новой орбите, где ее положение (сразу после замедления) будет апоапсисом (самой дальней точкой от фокуса, где находится Земля) новая эллиптическая орбита. Как вы догадались, Луна будет набирать скорость по мере приближения к Земле (но не по спирали) на этой новой эллиптической орбите, пока не достигнет максимальной скорости в перицентре орбиты, чем больше замедление Луны, тем перицентр меньше. Теперь, если это замедление слишком велико, Луна может эффективно врезаться в Землю. Более подробно см. Передачу Хомана: https://en.wikipedia.org/wiki/Hohmann_transfer_orbit .

Это не обязательно будет апоапсис (если только начальная орбита не была круговой); высокоэллиптическая орбита, замедленная в перицентре, станет менее эллиптической, но перицентр останется прежним.
«если это замедление слишком велико, Луна может эффективно врезаться в Землю», но здесь важно помнить о порядке величины радиусов и поперечных сечений. Меня раздражает каждый раз, когда я слышу, как журналисты говорят об астероидах, "пронесшихся" мимо Земли... Так что, чтобы добиться столкновения Луны с Землей, вам действительно пришлось бы почти все это остановить.
@Ghillie: да, плохо, я предположил, что начальная орбита круговая

Он не будет вращаться по спирали, он будет двигаться по другой эллиптической орбите, возможно, менее круговой. Все гравитационные равновесия двух (твердых) тел представляют собой эллипсы. Эллипс — это просто постоянно обновляемый баланс между свободным падением и инерцией движения в текущем направлении. Спиралевидное движение требует постоянной потери энергии (т. е. всасывания во что-то, в вашем случае).

На самом деле, наша Луна замедляется очень постепенно из-за приливных эффектов и (вопреки интуиции), что заставило Луну двигаться очень далеко от Земли с момента их создания. Согласно законам орбитального движения Кеплера, тело, движущееся по орбите, проходит одинаковую площадь за одно и то же время. По мере замедления движения тело перемещается дальше, обеспечивая ту же площадь охвата в единицу времени. Если вы хотите увидеть хорошее обсуждение этого вопроса, просмотрите первую и вторую лекции Ричарда Фейнмана Messenger на YouTube.

Приливы замедляют движение тел, превращая энергию движения в тепло из-за перемещения масс океанов и континентов. Трение и сжатие/освобождение молекулярных связей неэффективно преобразуют движение воды и земли в тепловую энергию.

Добавляю еще: Эмилио прав. Происходит то, что угловой момент вращения Земли (день и ночь) переносится на орбитальную скорость Луны. Это происходит потому, что океаны выпячиваются, а затем замедляются из-за трения и блокируются континентами. Трение и блокировка мешают выпуклостям океана синхронизироваться с орбитой Луны. Возникающие в результате смещенные выпуклости воздействуют на Луну гравитационным моментом, передавая энергию. Луна ускоряется и удаляется дальше, а вращение Земли замедляется.

Однако следует подчеркнуть, что это замедление вызвано тем, что Земля пытается посредством приливных взаимодействий ускорить Луну. Это только толкает Луну на более высокую орбиту, где она поэтому замедляется, но передача энергии происходит от вращения Земли к орбитальному движению Луны.
@EmilioPisanty Какова линейная скорость Луны в этой ситуации? То же самое, быстрее или медленнее?
В конечном итоге линейная скорость меньше, но она находится на орбите с более высокой энергией. В этом смысле орбитальная механика противоречит здравому смыслу.
@Random832 Медленнее. Кинетическая энергия Е К уменьшается (что компенсируется соответствующим уменьшением потенциальной энергии В знак равно − 2 Е К для общего увеличения полной энергии). Приливная сила всегда направлена ​​в сторону движения, но не против него.
Что будет, если замедлить луну?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v