Мы знаем о таких событиях, как столкновение двух нейтронных звезд, в результате которого образовалась черная дыра, а также о столкновении черных дыр и столкновении галактик. Но мы никогда не видим спутника, такого как луна, сталкивающегося с планетой, или планеты, сталкивающейся со звездой, или искусственного спутника, сталкивающегося с Землей.
Разве такие небесные тела (как черные дыры или нейтронные звезды) не могут продолжать вращаться друг вокруг друга? Что заставляет их сталкиваться? Есть ли за это что-то кроме гравитации?
Нейтронные звезды являются одним из возможных конечных продуктов эволюции звезд с массой более 8 солнечных.
Если вы начнете с тесной двойной пары этих довольно массивных звезд — не обычных, но и не редких — более массивная звезда превратится в красного гиганта, и приливы (или даже трение) в расширенной оболочке будут тянуть их. ближе. Красный гигант в конечном итоге станет сверхновой и может породить нейтронную звезду. Позже то же самое сделает и первоначально менее массивная звезда, что иногда приводит к образованию очень тесной двойной пары нейтронных звезд. (Или иногда пара нейтронная звезда/белый карлик .)
Тесная двойная система будет излучать значительную орбитальную энергию в виде гравитационных волн, заставляя нейтронные звезды двигаться по спирали навстречу друг другу и, в конечном итоге, сливаться.
Причина, по которой они не просто сидят на стабильной орбите, как это делают планеты, заключается в том, что они очень массивны и очень близко друг к другу, и, следовательно, очень быстро вращаются вокруг друг друга. Поскольку интенсивность излучения гравитационных волн зависит от массы излучающего тела и его ускорения, близкие пары нейтронных звезд могут излучать свою орбитальную энергию «всего» за сотни миллионов лет. Точно такой же эффект происходит и с планетами, но из-за меньшей массы и меньшего ускорения время, необходимое для излучения значительной энергии, намного больше, чем текущий возраст Вселенной.
Это просто случайно. Небесные тела такого размера обычно не сталкиваются друг с другом. Они просто продолжаются и продолжаются очень долго.
Типичный механизм столкновения — это когда две нейтронные звезды вращаются вокруг друг друга. Их орбиты на самом деле медленно затухают со временем, потому что они излучают гравитационные волны — это очень медленный процесс и занимает очень много времени. Когда они подходят достаточно близко друг к другу, происходит столкновение — точнее, они сливаются.
Имейте в виду, что это редкое событие.
Предыдущие ответы отвечали на главный вопрос , как происходят слияния между массивными компактными объектами (т. е. черными дырами с черными дырами, нейтронными звездами с нейтронными звездами и т. д.). Мы еще не наблюдали слияния черной дыры с нейтронной звездой, но, несомненно, такие слияния происходят. Мой ответ дает некоторую дополнительную информацию об истории их обнаружения, а также отвечает на вопрос о спутниках.
Как отмечает Флорин, все слияния массивных компактных тел — редкие события. Однако количество звезд во Вселенной ошеломляюще огромно, поэтому «редкое событие» x «огромное население» означает, что во Вселенной постоянно происходит много таких событий, но мы только начинаем обнаруживать их с помощью нашего текущий уровень техники. Это очень захватывающее время, чтобы быть астрономом!
Первая лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) начала работать в 2002 году, занимаясь поиском явных признаков гравитационных волн от слияния двух черных дыр. Спустя 8 лет он так и не обнаружил ни одной g-волны. Затем был разработан усовершенствованный LIGO («aLIGO»), чувствительность которого примерно в четыре раза выше, чем у предыдущего LIGO, и сбор данных начался в сентябре 2015 года. !) aLIGO обнаружил гравитационно-волновую сигнатуру слияния двух черных дыр звездной массыболее миллиарда световых лет от Земли. Три месяца спустя aLIGO обнаружил второе слияние, и с тех пор было обнаружено еще три слияния черных дыр. А в августе 2017 года aLIGO зафиксировала столкновение двух нейтронных звезд .
Ожидается, что дальнейшие усовершенствования сети LIGO (предложения «A+») в течение следующего десятилетия почти удвоят чувствительность aLIGO, поэтому мы можем ожидать, что в будущем будет обнаружено значительно более компактное слияние/столкновение объектов.
Что касается «столкновений» искусственных спутников с Землей, мы видим, что это происходит постоянно — иногда эффектно! По данным НАСА , «в течение последних 50 лет в среднем каждый день на Землю падал один занесенный в каталог или отслеживаемый фрагмент мусора».
Около половины искусственных спутников Земли находятся на орбите либо в пределах экзосферы , которая простирается примерно от 700 км до 10 000 км над уровнем моря, либо на десятках тысяч километров над экзосферой на геосинхронной орбите (например, некоторые спутники связи и GPS). Экзосфера настолько тонкая, что молекулы — в основном водород — редко взаимодействуют, поэтому она больше не ведет себя как газ, нет «погоды», а сопротивление минимально (хотя и не равно нулю). На орбиты спутников в экзосфере и выше в основном влияет солнечный ветер, радиационное давление, колебания гравитационного поля Земли (например, от высоких горных хребтов) и гравитационное влияние Солнца и Луны, все из которых может привести к орбита медленно затухает (теряет высоту).
С 2002 года США требуют перевести геостационарные спутники на кладбищенскую орбиту по окончании срока их службы, чтобы очистить их от действующих спутников. Для этого требуется небольшой ракетный разгон, чтобы достичь дополнительных 300 км высоты.
Однако вместо этого около 500 действующих спутников находятся на низкой околоземной орбите («НОО») на высоте 2000 км или меньше. LEO — самый простой и дешевый вариант для размещения спутников, но недостатком является то, что атмосферное сопротивление становится все более важным, когда вы находитесь в термосфере на высоте от 80 до 1000 км над уровнем моря. Международная космическая станция вращается в этом слое на высоте от 350 до 420 км; спутники связи Iridium находятся на орбите в верхней термосфере на высоте 780 км.
Для спутников LEO вывод на кладбищенскую орбиту может оказаться нецелесообразным. Спутники на более низких орбитах будут терять высоту относительно быстро, а на высоте ниже 160 км орбита быстро снижается, в конечном итоге резко падая к Земле. Маленькие спутники сгорают при входе в атмосферу, но более крупные могут не сгореть полностью и могут невредимыми упасть на землю. В идеале эти более крупные спутники проходят запланированный уход с орбиты (контролируемый повторный вход), чтобы врезаться в удаленную часть океана.
В Википедии перечислены самые большие космические обломки , повторно вошедшие в атмосферу Земли. Например, космические станции «Салют» и «Мир» были успешно выведены с орбиты в Тихий океан. Космическая станция «Скайлэб» была немного менее успешной, эффектно рухнув в австралийскую глубинку в 1979 году.
А ранее в этом году, 2 апреля 2018 года, китайская космическая станция Tiangong-1 попала в заголовки новостей из-за ее неконтролируемого повторного входа в атмосферу в результате потери Китаем телеметрической связи с космическим кораблем. Сегменты, которые не сгорели при входе в атмосферу, врезались в отдаленную часть южной части Тихого океана, но это произошло совершенно случайно, а не по замыслу.