Как удар Юпитера со скоростью, близкой к скорости света, повлияет на планету и Солнечную систему? [закрыто]

Недавно у нас был очень похожий вопрос о релятивистском астероиде, столкнувшемся с Солнцем . Я привел аргумент, что астероид не выживет, потому что высокая скорость приведет к значительной абляции, так как интенсивные силы сопротивления в фотосфере разорвут его на части. Даже если бы он проник на любую разумную глубину, высокие температуры в недрах Солнца еще больше способствовали бы его гибели; Солнце просто большое, массивное и очень горячее.

Юпитер — это немного другой случай, потому что он меньше, менее массивен и холоднее. Он также имеет гораздо более низкую гравитационную энергию связи ,$^{\dagger}$который

$$U=\frac{3GM_J^2}{5R_J}\approx2.063\times10^{36}\text{ Joules}$$ Вам нужно будет достичь этой энергии своим снарядом, чтобы разорвать планету на части. Возьмем 52 Европу , один из крупнейших астероидов в Солнечной системе, с массой примерно$2.26\times10^{19}$кг. Разгоните его до 90% скорости света. Тогда энергия этого астероида будет $$E=\frac{mc^2}{\sqrt{1-(v/c)^2}}\approx2.0619\times10^{36}\text{ Joules}$$ что на самом деле довольно близко к энергии связи планеты! При той скорости, которую вы указали, у него есть шанс разрушить Юпитер, если предположить, что вся кинетическая энергия пойдет на освобождение планеты.

(Кстати, это очень много энергии, столько энергии, сколько Солнце вырабатывает за 170 лет. Думая о том, насколько осуществимо уничтожить Юпитер, имейте это в виду!)

С другой стороны, скажем, вся кинетическая энергия переходит в тепловую энергию. В этом случае температура Юпитера увеличилась бы на

$$\Delta T\sim\frac{\mu m_pE}{M_Jk_B}$$ с$\mu$средняя молекулярная масса,$m_p$масса протона и$k_B$постоянная Больцмана. Для$\mu=2$, я получаю абсурдную среднюю температуру порядка 100 000 Кельвинов, что сделало бы Юпитер значительно более ярким, чем Солнце, несмотря на его небольшой размер (хотя все еще слишком холодный для начала ядерного синтеза). Это также разрушило бы молекулы в атмосфере и ионизировало бы атомы, что привело бы к объекту, не похожему ни на один из известных нам, учитывая его массу.

Истина, скорее всего, где-то посередине; только где, точно не знаю. Основываясь на вышеизложенном, мой SWAG здесь для сценария кинетического снаряда, такого как 52 Europa, заключается в том, что вы увидите следующее:

• Чрезвычайный нагрев и последующее расширение по мере того, как планета достигает нового гидростатического равновесия, теперь, когда повышение температуры привело к увеличению давления. Атмосфера будет хотя бы частично, если не полностью, ионизирована.
• В случае прямого удара ядро, скорее всего, будет в какой-то степени разрушено, если не разорвано на части. Это может способствовать тому, что остатки планеты со временем потеряют часть своей газовой оболочки, в основном водород и гелий.
• Резонансы астероидов могут исчезнуть, изменив структуру пояса астероидов. Орбиты некоторых троянских астероидов наверняка будут нарушены.
• Поскольку Юпитер не находится в резонансе ни с одной планетой, я не думаю, что будут другие значительные гравитационные эффекты, хотя более горячий Юпитер был бы проблематичен для Земли.

Все это изменится, если изменить массу снаряда. Меньшая масса не уничтожит Юпитер (как мы бы$E<U$); более высокая масса будет иметь больше шансов, хотя в Солнечной системе очень мало астероидов с такой массой, даже движущихся со скоростью 90% скорости света, и вам явно нужно бросить астероидоподобный объект. на Юпитере, чтобы иметь шанс уничтожить его.

---

$^{\dagger}$Примерно на пять порядков ниже, чем у Солнца, если уж на то пошло.