Si la Tierra girara más rápido que su velocidad de escape, ¿qué pasaría?

En realidad, no puede girar más rápido que su velocidad de escape porque entonces se volaría aparte. Pero puede girar hasta el punto donde su superficie tiene una velocidad de órbita terrestre baja, para la Tierra actual alrededor de 7 km / seg (velocidad de escape de aproximadamente 11.2 km / seg).

Mientras lo hace, pasa por varias transformaciones. Primero así

Entonces así, a medida que se hace más rápido:

Elipsoide que gira sobre su eje menor, el más corto de sus tres ejes.

Resulta que hay dos soluciones posibles, a medida que aumenta la velocidad de centrifugado. Puede obtener un esferoide achatado o un elipsoide triaxial, la solución se “bifurca”. Pero el elipsoide triaxial es el más estable de los dos, como descubrió Jacobi en su artículo publicado en 1834 Figures of Equilibrium – Historical Account * – Chandrasekar, que fue una sorpresa porque hasta entonces todos pensaban que los planetas que giraban rápidamente serían esferoides oblatos.

Esta es la impresión artística de un planeta enano en el cinturón de Kuiper que se cree que tiene la forma de un elipsoide triaxial desde su curva de luz:

Entonces, en principio, a medida que se hace más rápido, puede ser triangular o cuadrado o incluso pentagonal con esquinas redondeadas como esta

LiveLeak.com – Las gotas de agua girando se comportan como agujeros negros

Aquí las gotas se mantienen juntas por la tensión superficial. Pero aparentemente, en teoría, las gotas unidas por la tensión superficial en cero g tienen la misma forma que un planeta o una estrella unidos por la gravedad. Así que este es un trabajo experimental que también confirma predicciones teóricas para posibles formas de planetas también. Documento aquí: Formas no aximétricas de una gotita de agua que gira y gira magnéticamente

Todavía no conocemos planetas o estrellas con forma de este tipo.

Luego, a medida que gira más rápido, puede convertirse en dos esferas unidas. Este es el escenario de un planeta binario.

PLANETA BINARIO GRAVITAMENTE BLOQUEADO

Si dos planetas están gravitacionalmente unidos entre sí, de la misma manera que Plutón y Caronte, los efectos de las mareas ya no importan.

Solo están permanentemente distorsionados. En principio, podría incluso tener un planeta del tamaño de la Tierra que casi toque nuestra Tierra, incluso con una atmósfera y un océano compartidos.

(Imagen de la NASA) ‘Double Earths’ podría ser divertido para buscar exoplanetas: si existen, ¿pueden existir planetas terrestres binarios?

Esto se explora ficticiamente en “Rocheworld” de Robert Forward, que es un “binario de sobrecontacto”
Rocheworld

Aunque todavía no conocemos ningún planeta de Rocheworld, hay muchos asteroides binarios de contacto. Estos son demasiado pequeños para ser redondeados bajo su propia gravedad, pero tienen aproximadamente la forma de un binario de sobrecontacto.
Esto es 216 Kleopatra

Y los cometas también, esto es 67P / Churyumov – Gerasimenko, que también tiene aproximadamente la forma de un binario de sobrecontacto

También se conocen muchas estrellas binarias de contacto, que nuevamente incluyen “binarios de sobrecontacto”, también como estos asteroides y cometas, tan juntos que sus atmósferas se superponen: el primer W Ursae Majoris descubierto.

figura del Capítulo 19-7 y para otra imagen, vea también Binarios de contacto

A medida que gira aún más rápido que en teoría de todos modos, un planeta o estrella puede convertirse en tres o incluso cuatro esferas unidas para formar un planeta o estrella “sobrecontacto ternario” o “sobrecontacto cuaternario”, o también podría tener un planeta en forma de rosquilla, aunque hasta ahora no hemos encontrado nada como esto:
Ver punto de vista: las muchas formas de gotas giratorias

Esta es una animación que alguien hizo de un toro delgado, el “mundo del aro”

Pero los aros finos como este son inestables y se rompen fácilmente en gotas.

Los aros más gruesos como esta visualización de io9 pueden ser estables.
No debería pensar que hay muchos de estos en nuestro universo :). Necesita condiciones muy especiales para formarse. Pero, aparentemente no es imposible.

Aquí hay un video de youtube de la luna de un planeta donut:
También puede obtener soluciones en forma de rosquilla para el estado final de una nube de gas colapsando, que son estables, en principio. Por lo tanto, podría tener estrellas toroidales jóvenes como sugiere el autor en este artículo: Sturcture Relativisitic General de Star Toroidal Systems (1992).

El divertido artículo de Anders Sandberg explora muchos aspectos de la vida en un planeta con forma de rosquilla, y las órbitas de satélites y lunas alrededor de dicho planeta.

¿Cómo sería la Tierra si tuviera la forma de una rosquilla?

(ver también ¿Por qué todos los planetas son redondos y no cuadrados o rectangulares?)

Me gusta la respuesta de Robert Frost y creo que captura la mayoría de los elementos esenciales. Otra cosa a considerar es la velocidad de ruptura de la Tierra. Si comienza a girar demasiado rápido, un objeto puede correr el riesgo de volar aparte. Se considera que la velocidad a la que sucede esto es cuando la aceleración gravitacional es igual a la aceleración centrífuga.

Entonces tenemos la aceleración gravitacional, que en la superficie es aproximadamente [matemática] a_g = 9.8 [/ matemática] m / s ^ 2. Queremos comparar esto con la aceleración centrífuga:

La aceleración centrífuga es:
[matemáticas] a_c = v ^ 2 / R [/ matemáticas]

Ahora, conectando la velocidad de escape para la velocidad de rotación en el ecuador, [matemática] v = 1.12 \ veces10 ^ 4 [/ matemática] m / sy el radio de la Tierra, [matemática] R = 6.4 \ veces10 ^ 6 [ / math] m, obtenemos una aceleración centrífuga de: [math] a_c = 16.6 [/ math] m / s ^ 2.

Esto es mayor que la aceleración de la gravedad, por lo que no solo comienzas a volar fuera de la superficie, sino que la Tierra también comienza a romperse.

Terminarás con algo que se parece muchísimo a esto:

Misión de la gravedad

Esta es también una de mis preguntas favoritas de Physics Stackexchange.

¿Qué deformaciones no lineales exhibirá un planeta en rotación rápida?

La misión de la gravedad es un libro de ciencia ficción basado en un mundo que gira tan rápido que la gravedad en el ecuador es algo así como 1/1000 de la gravedad en los polos. El libro es el verdadero negocio: acerta la física. El autor comentó que descubrir la forma del planeta era mucho más difícil de lo que inicialmente le dio crédito. Es todo un oso. Como precaución, puede encontrar mucha información errónea sobre la física de la situación. Algunos fanáticos de la ciencia ficción del MIT, por ejemplo, muestran información de que encontraron la forma de la superficie y que realmente “pellizcaría” alrededor del ecuador. Eso está mal debido a un error común, y la forma real se parece mucho a lo que ves en la portada de ese libro. Yo mismo hice algunas simulaciones basadas en la solución analítica para una distribución de masa en anillo, y en general terminé corroborando la forma de “panqueque”. Ahora no quiero decir que esa es la única forma que puedes ver, pero antes de que podamos entrar en eso necesitas algunos requisitos previos.

La Tierra es una forma oblata debido al hecho de que gira. Es importante destacar que debe comprender a qué criterios obedece la superficie. El criterio es que la gravedad siempre es normal a la superficie. Eso significa que si te paras en cualquier punto, te paras en ángulo recto con la superficie. En realidad, la Tierra no es un cuerpo homogéneo, por lo que la gravedad no es vertical, y las montañas y otras cosas lo arruinan aún más. No obstante, si la Tierra se acerca al límite de poner el ecuador a la velocidad de escape, su obligación final es con este criterio que proviene del equilibrio hidrostático. En el mundo de rotación rápida, la gravedad se volvería cada vez menos a medida que realizara un viaje desde el polo norte o sur hasta el ecuador. Aunque la gravedad siempre es recta, no siempre es de la misma magnitud. Este es el elemento central de la trama de Mission of Gravity.

Entonces, ¿qué pasa si seguimos girando más y más rápido? Sí, requeriría grandes cantidades de energía, pero nuestra historia es completamente ficción. Bueno, el asunto en el ecuador eventualmente tendría gravedad cero, pero ¿qué significa eso? En primer lugar, la atmósfera se escaparía, no solo del ecuador, sino de toda la biosfera. Recuerde, la gravedad es normal a la superficie, por lo que no tiene que escalar ninguna línea equipotencial. No se realiza ningún trabajo para llevar aire de los polos al ecuador. Realmente veríamos la atmósfera reunirse alrededor del ecuador mucho antes de que el ecuador mismo vea gravedad cero. ¿Pero a dónde iría la atmósfera? En pocas palabras, un anillo como el de Saturno. En este punto, se rompe otra suposición, que es la suposición de que todo tiene la misma velocidad angular. Si un objeto casi ingrávido en el ecuador (en este caso, moléculas de gas) se lanza al aire, estará en órbita, pero no tiene energía para aumentar su distancia en órbita mucho. Por lo tanto, la atmósfera abandona principalmente la Tierra, pero se cierne alrededor del ecuador en una estructura en forma de anillo. La Tierra todavía tiene aire (nunca lo pierde por completo), pero la presión se ha reducido a niveles extremadamente bajos. Para todo el mundo.

Sigamos girando más rápido. Ahora los materiales líquidos y sólidos comienzan a “caerse” del borde y se unen al anillo de gas. Los océanos van primero, ya que el resto de los océanos del planeta continúa suministrando líquido hasta que el nivel en el ecuador es igual o inferior a la marca de gravedad cero. Esto se debe a la misma lógica sobre las superficies equipotenciales que teníamos con la atmósfera. Así que ahora tenemos un anillo muy grande lleno preferentemente de gas y materia líquida. Ahora podemos seguir girando más rápido o simplemente dejarlo allí.

El último caso de dejarlo allí (ahora momento angular constante) en realidad se parece un poco a la formación de la luna. Hubo algunos documentos recientes que presentaron simulaciones que muestran el proceso. De hecho, el gran círculo de la materia no solo se quedará allí. Las inestabilidades suceden y algunas partes comienzan a agruparse. Este es el mismo tipo de evolución que vemos en el cinturón principal de asteroides, donde Ceres ha llegado a dominar una fracción del anillo. En última instancia, es posible que el anillo se consolide en un solo cuerpo. Una vez que ese cuerpo se ha formado, comienza un proceso donde su órbita se acelera debido a las fuerzas de marea del cuerpo principal de la Tierra. En este proceso, también devuelve gran parte del aire y el agua. Con el tiempo, el momento angular de la rotación de la Tierra se transfiere a su nuevo satélite. De hecho, hay una conexión física profunda con la duración de un día en la Tierra y su edad. Marte tiene una duración de día similar, relacionada con el hecho de que es casi tan antigua. El día de la Tierra se ha ralentizado desde el nacimiento de la luna y la luna se ha movido más y más. Si considera la situación actual y “extrapola en el tiempo”, puede imaginar un momento en el que el sistema combinado de la Tierra y la Luna fue solo un gran desastre de metralla de la colisión inicial. La autoorganización conduce al sistema de dos cuerpos, pero en los primeros días, podría haber parecido algo bastante cercano al planeta Misión de la Gravedad (aparte de ser más pequeño).

La otra posibilidad, de continuar acelerando la rotación, es mucho más exótica. Francamente, no hay razón para que esto ocurra en la naturaleza. Un cuerpo generalmente gana impulso angular por golpes de otra materia, por lo que es poco realista imaginar un cuerpo de almeja para aumentar lentamente el impulso angular hasta que algo se rompa. Pero aún podemos hacerlo en nuestras mentes. El proceso de perder materia del ecuador a un anillo continuaría. Eventualmente, el anillo comenzaría a parecerse a algo completamente único de los anillos de Saturno. Varias personas han considerado la idea de un toro gravitacionalmente estable. ¡Una persona incluso hizo un video de eso!

Este llamado mundo del aro podría formarse a partir de la materia arrojada desde el ecuador. Incluso sin un cuerpo central no es un toro exacto, pero estaría cerca. Con un cuerpo central, sería aún menos como un toro exacto debido a las fuerzas de marea. Sin embargo, aunque la forma es probablemente localmente estable, tiene una posible inestabilidad. Ya sea solo en el espacio o en órbita alrededor de un cuerpo central, podrías imaginar que una parte del aro se está cortando. Si esto sucede, la gravedad hará que el resto se colapse y posiblemente se colapse en varios cuerpos.

En última instancia, todo lo que he descrito finalmente conduce a la formación de la luna. La divergencia gravitacional establece un límite claro sobre la cantidad de momento angular que algo puede tener como un solo cuerpo, por lo que no hay más remedio que dividirse en múltiples cuerpos. Pero si esto sucediera en la vida real, todos moriríamos por falta de aire mucho antes de que sucedieran las cosas interesantes.

Pocas cosas que se me ocurren:
Días y noches más cortos, lo que significaría un año más largo, en términos de número de días.
Suponiendo que la velocidad de rotación a lo largo del eje de la tierra ha aumentado y eso no afecta el tiempo de revolución.
¡Impactaría el clima probablemente! , no estoy seguro de cuántas maneras!
si ignoramos el tiempo de aceleración, desde la velocidad actual hasta la nueva velocidad.
Creo que, además de la duración del día y la noche, ¡las cosas estarían bien!
Otra cosa, volar de oeste a este sería mucho más rápido, y el reverso sería mucho más lento.

Eso sería 25,200 mph, que es aproximadamente 25 veces la tasa actual.

ESTO es lo que sucedería:

La Tierra sería como esa masa de pizza.

Todo en el ecuador volaría al espacio, mientras que todo lo más cerca de los polos sería absorbido por el ecuador y luego volaría al espacio, mientras que el núcleo de la Tierra se estiraría en una corteza plana, delgada y redonda.

Entonces los creyentes de la “Tierra plana” tendrían razón … pero estarían muertos.

Un aumento repentino destruiría las estructuras de la superficie. Un aumento lento y lento acortaría nuestros días. Para aquellos animales y plantas que se han adaptado a un ciclo de 24 horas, el cambio podría ser fatal. El habría el efecto en la luna. No sé la mecánica celeste suficiente para entender cómo eso afectaría la órbita y el período de la luna.

Eso sería difícil para las plantas y animales acostumbrados a un día de 24 horas. Y la gente también estaría molesta. Mi suegra dice que “las 24 horas encajan perfectamente en un día”.