Kysymys:
Mikä on nopein, mitä maapallo on koskaan kehrännyt?
Muze
2018-02-24 11:36:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kuinka nopeasti maapallo voi kiertää ja tukea elämää?

Esihistoriallisina aikoina dinosaurukset olivat niin massiivisia, että arkeologit ihmettelevät, kuinka niitä ei murskattu oman painonsa alla. Voisiko nopeammin pyörivä maa sallia suurempien eläinten olemassaolon?

Voisiko maapallon kiihtyminen hidastaa sukupuuttoa suuremmissa eläimissä, mutta ei pienemmissä eläimissä?

https: // physics.stackexchange.com/questions/278117/how-fast-can-the-earth-spin-and-support-life

* Ympäristövaikutusten ohittaminen

üks vastaus:
Camilo Rada
2018-02-24 12:50:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Maan pyörimisnopeutta ohjaa sen kulmamomentti. Ja kulmamomentin säilyminen on hyvin vakava fysiikan laki (ehkä jopa tiukempi kuin massan säilyminen). Joten samalla tavalla kuin maapallon menettää massa, sen täytyy mennä jonnekin. Jotta maapallo menettäisi kulmamomentin, sen on mentävä jonnekin.

Maan pyöriminen voi vaihdella pienellä alueella järjestämällä uudelleen massan jakautumista (muuttamalla hitausmomenttia). ). Siksi jääkaudilla päivä oli muutama sekunti pidempi, koska suuria määriä vettä, joka oli aiemmin merellä, kasattiin suuriksi jääpeitteiksi, kuten kuten klassisessa pyörivän luistelijan esimerkissä, liikuttamalla massaa (jää päällä Maa tai luistelijan käsivarret) poispäin pyörimisakselista hidastaa pyörimisnopeutta.

Ainoa muu tapa muuttaa maapalloa kiertonopeutta merkittävästi on menettää kulmamomentti, ja mikä tahansa kuviteltavissa oleva tapahtuma, joka voi muuttaa merkittävästi maapallon kulmamomenttia 15 vuoden aikana, olisi niin katastrofaalinen, että pyörimisnopeuden muutos olisi toissijainen. Tällaisen tapahtuman on oltava jotain törmäystä massiivisen asteroidin kanssa, planeetan kokoisen taivaankappaleen lentoaika tai suurten massamäärien laukeaminen jättimäisten luonnollisten ydinreaktorien räjähdyksellä (kaikki, mitä on voinut tapahtua hyvin maapallon historian alussa).

Nykyään on kuitenkin käytössä prosesseja, jotka varastavat hitaasti maapallon kulmamomentin. Tärkein niistä on vuorovesi. Vuorovedet tuottavat maapallon ympärillä pullistumia, jotka pyörivät hitaammin kuin Maan, kuten tässä kuvassa ( Wikipediasta): enter image description here

Siksi pitää paikoillaan olevat pullistumat veden täytyy jatkuvasti virrata niihin kohoumiin, jotka liikkuvat maapallon pyörimistä vasten ja hidastavat sitä kitkan avulla. Kadonnut kulmamomentti menee enimmäkseen kuuhun, joka kiihtyy kiertoradallaan, joten siirtyy pois meistä 3,8 senttimetriä vuodessa.

Tämä prosessi pidentää päivää 1,7 millisekuntia vuosisadalla, mikä ei ole paljoa edes geologisissa mittakaavoissa. Se vastaa 17 sekuntia miljoonaa vuotta kohden. Mutta tämäkin pieni summa on melkein yksi tunti Jurassicin alkamisesta (201 Ma sitten). Muutos on kuitenkin niin hidasta, että eläimillä olisi runsaasti aikaa sopeutua.

Joten sanoisin, että kaikilla selityksillä siitä, kuinka dinosaurukset tukivat omaa painoaan, ei ole mitään tekemistä maan kiertonopeuden muutosten kanssa. Luulen myös yliarvioivan pyörimisnopeuden vaikutuksen koettuun painoon. Jos teemme numerot, päiväntasaajan pyörimisestä johtuva keskipitkän kiihtyvyys on $$ a_ \ mathrm c = \ frac {v ^ 2} r = \ frac {(462 \ \ mathrm {m / s}) ^ 2} {6 \, 378 \, 100 \ \ mathrm m} = 0.0336 \ \ mathrm {m / s ^ 2} $$

Vastaa 0,3% painovoiman kiihtyvyydestä. Siksi, vaikka maapallo pysähtyisi kokonaan, 1000 kg: n dinosaurus tuntuisi vain ~ 3 kg painavammalta.

Sanoi, että jos siirrymme hyvin hypoteettiseen tapaukseen, jonka sanot, hidastuminen ei olisi ' Ei ole paljon eroa (jättämättä huomioimatta yhden vuoden pituisen päivän ympäristövaikutuksia).

Ja kuinka nopeasti maapallo voi pyöriä ja tukea elämää? Luulen, ettei kukaan voi todella vastata tähän kysymykseen, koska emme tiedä, missä olosuhteissa elämä voi kestää. Mutta jos saat Maan pyörimään nopeammin, keskiosainen kiihtyvyys kasvaa nopeuden neliöessä, joten ei tarvita liikaa, jos keskiosan kiihtyvyys on yhtä suuri kuin painovoiman kiihtyvyys, jolloin päiväntasaajan kohteet olisivat painottomia. Siinä tapauksessa maapallo menettäisi ilmakehänsä ja valtamerensä, ja lisäkiihtyvyys alkaisi heittää kiviä avaruuteen. Järjestämällä yllä oleva yhtälö uudelleen saadaan kriittinen nopeus, ja se olisi: $$ v_ \ mathrm c = \ sqrt {rg} = \ sqrt {6 \, 378 \, 100 \ mathrm m \ kertaa9,8 \ \ mathrm {m / s ^ 2}} = 7 \, 906 \ \ mathrm {m / s} $$

Se on 17 kertaa nykyinen nopeus, joka vastaa yhden tunnin ja 24 minuutin päivää.

Lopuksi kysymykseesi: Mikä on nopein, mitä maapallo on koskaan kehrännyt? Se riippuu. Jos tarkastelemme sitä kuun muodostumiseen liittyvän kulmamomentin tärkeimmän muutoksen jälkeen 4,51 miljardia vuotta sitten, voimme vain ekstrapoloida nuo 17 sekuntia miljoonaa vuotta kohden (tämä ei ole tarkin, koska silloin ei ole valtameriä, mutta se on kohtuullinen ensimmäinen arvio), ja saamme noin 21 tuntia, joten päivä tuolloin oli vain noin kolme tuntia pitkä. Huolelliset laskelmat päivän pituudelle maa-proto ennen kuun muodostumista johtaa 5,8 tunnin päivään (katso tämä artikkeli, rivi 358)

Anekdoottisena huomautuksena se, että tämä luku on melko lähellä kriittistä nopeutta, ovat saaneet jotkut ajattelemaan, että luonnollisen ydinreaktorin räjähdys olisi voinut riittää antamaan ylimääräisen potkun koko Kuun poistamiseksi pinnalta. Jotain, joka selittäisi, miksi Kuun koostumus on niin huomattavan samanlainen kuin maapallon viimeaikaisen analyysin avulla, haastamalla teoria muodostumisesta törmäyksellä " Theian" kanssa hypoteettisen Mars-kokoinen runko. Vaikka on olemassa muita viimeaikaisia ​​teorioita, joilla on vaihtoehtoinen ratkaisu tähän ongelmaan, kuten synestiateoria.

Lopuksi olisi väärin rajoittaa kaikki mahdolliset pyörimisnopeuden muutokset koskemaan vain pintaprosesseja tai vuorovaikutusta muihin taivaankappaleisiin. Saattaa myös olla mahdollista, että massan uudelleenjakautuminen maapallon sisäosissa voi vaikuttaa pyörimisnopeuteen. rautakatastrofin kaltaiset tapahtumat olisivat lisänneet pyörimisnopeutta, ja muita joukkojen uudelleenjakelutapahtumia olisi voinut tapahtua tai saattaa tapahtua, mutta tämä on vain spekulaatiota. Tällaisten prosessien tutkiminen on äärimmäisen vaikeaa, tiedämme hyvin vähän maapallon sisäpuolen dynamiikasta, ja on erittäin vaikeaa todistaa tai väärentää teorioita tällaisista sisäisistä joukkojen uudelleenjakelutapahtumista. Tällä vastauksella ja muilla samaan kysymykseen on joitain ideoita siitä, kuinka planeetan kulmanopeus voisi muuttua.

@Muze Ei, dinosauruksen aikaan, kuten sanoin, päivä oli noin tunti lyhyempi, joten 23 tuntia päivässä. Ja miksi luulet meteoriitin vaikutuksen muuttaneen magma-virtausta?
https://worldbuilding.stackexchange.com/questions/102787/can-the-pitch-and-speed-of-an-asteroid-cause-a-less-catastrophic-results
Huomaa, se _ selittää_ miksi kaikki kivettyneet olennot näyttävät olleen makaamassa kuollessaan ...;)
@Muze: Selvyyden vuoksi vitsailin. He näyttävät olevan makaamassa, koska ihmiset poimivat fossiileja sivusuunnassa (tai et näe mitään)
@Muze Ei, ei ole täysin tiedossa, että heidän päivänsä olivat 23 tuntia, ovat vain malleja, mutta nuo mallit ovat yleensä hyvin tarkkoja. Ainoa tiedettävä tieto palaa muinaisten kiinalaisten kirjaamiin pimennyksiin, joiden avulla voidaan rajoittaa päivän todellisia muutoksia. Kommenttisi näyttää enemmän kuin toinen kysymys kuin selvennys, joten kirjoita parempi kysymys ja joku yrittää vastata siihen.
@CamiloRada sisällyttävätkö mallit yhtälöön asteroidit tai komeetat?
@Muze osa jääasteroideja jne. Malleihin sisältyy todennäköisesti asteroideja ja komeetteja, mutta tilastollisella tavalla, koska suurin osa iskukraattereista on pyyhitty tektoniikan kautta, eikä myöskään kulmamomentin siirtoja tapahdu vain iskuissa. Lähellä oleva lentoaika voi myös antaa / ottaa kulmamomentin, ja ne eivät jätä jälkiä ollenkaan.
@CamiloRada: n teorian mukaan jotkut kulkevat kuoren läpi magmaan ja jättävät vähemmän pelottavia kuin sanoa kuu.
@Muze, mutta se olisi maailmanlaajuinen katastrofi, ja kulmamomentin muutokset olisivat pieni ongelma elämälle verrattuna kaikkeen muuhun, mitä tapahtuisi.
@CamiloRada todennäköisesti. Pidän siitä, että kulkeva keho luo kulmamomenttitilanteen.
Ohimenevä runko ei luo paljon kulmamomenttia. Tiedämme, että päivät maapallolla olivat noin 23 tuntia 100 miljoonaa vuotta sitten, koska tiedämme, että maapallon kierto muuttuu hyvin hitaasti. Ohittavat asteroidit ovat lähes merkityksettömiä. Vaikuttavilla asteroideilla on enemmän vaikutuksia, mutta niiden on oltava valtavia, jotta niillä olisi paljon vaikutuksia. Kuun vaikutus voidaan arvioida. Ei ole taikaa, joka muuttaa mallia merkittävästi. 4 miljardia vuotta sitten maa pyöri paljon nopeammin, mutta siihen mennessä, kun dinot tulivat tänne, ei niin paljon. 21-23 tunnin päivät 250-66 mya.
@userLTK Magneettinen planeetta, joka kulkeutuu lähelle, voi vetää planeetan suoraan kiertoradalta, joten yksi pyörii todennäköisemmin, mutta on monia epätodennäköisiä skenaarioita, jotka voisivat muuttaa maan kiertymistä. Mitä mieltä olet miksi dinosaurukset olivat niin suuria, jos painovoima ei ollut paljon pienempi kuin silloin?
Pyöritetty saaminen on vähemmän todennäköistä, ei ohimenevän planeetan todennäköisempää, koska planeetat ovat yleensä pyöreitä ja epäluuloisia. Jotkut pyörivät vuoroveden kohoumien ja painovoiman vaihteluiden avulla, mutta se on pieni. Vertailun vuoksi koko planeetan siirtäminen on helppoa, koska kyse on koko massasta, ei vain massan epätasapainosta. Törmäys voi muuttaa pyörimistä paljon enemmän kuin läpäisy ja jopa sen, törmäävän kohteen olisi oltava erittäin suuri.
@Muze: llä ja suurilla dinosauruksilla ei ollut mitään tekemistä painovoiman kanssa, joka oli pohjimmiltaan sama. He olivat suuria evoluution takia ja suurina oleminen auttoi heitä selviämään.
Kun kuu oli lähempänä, vuorovesi vaikutukset olisivat olleet suuremmat ja siten kulmamomentin menetys suurempi. Mietin, otettiinko tämä huomioon, kun kelattiin kelloa takaisin maapallon kiertoaikaan.
@JackR.Woods Se on oikein ja vaikeuttaisi varmasti laskentaa, vuorovesi on monimutkaista ja se riippuu kehon jäykkyydestä, pintaveden määrästä jne. En ottanut sitä huomioon yksinkertaisissa laskelmissani. Jos kuitenkin oletat, että maa ja kuu olivat yhdessä yhdessä pisteessä, vain massojen ja kulmamomenttien summaaminen antaisi sinulle pyörimisnopeuden. Katso paperia, jonka mainitsen toisessa viimeisessä kappaleessa.
@Muze Tein joitain pieniä lisäyksiä. Katso.
Näyttää hyvältä....


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...