Что будет если планета столкнется с звездой?

[Алексей В.]

так, по-моему, я тут немного ошибся со скоростью распространения тепловой волны. Это она быстро распространяется когда размеры области прогрева невелики (десятки метров), т.к. при этом градиент температуры очень большой. Когда же область прогрева будет тысячи километров, то он, наоборот, будет очень маленький, так что и скорость прогрева излучением будет очень маленькой. Это подтверждается тем, что внутри Солнца температура будет также, как и в нашем случае около 10-15 млн. градусов, но это не приводит к мгновенному высвету этой энергии с поверхности, наоборот, из-за гигантских размеров Солнца градиент температур внутри Солнца очень мал, что приводит к тому, что передача энергии идёт довольно медленно.
Так что никакой ощутимой тепловой волны, кот. будет прогревать водород на тысячи км перед ударной волной, кот. образуется перед Луной, не будет. Разве что небольшая тепл. волна толщиной в десятки-сотни метров, не более.
Толщина конвективной зоны около 200 000 км. Плотность её сверху в фотосфере = 0,0002 кг/м3, внизу на границе с зоной лучистого переноса 200 кг/м3, плотность самой Луны = 3350 кг/м3, так что бОльшая часть энергии столкновения выделится как раз где-то на глубине 150-200 тыс. км. Если предположим на ударную волну уйдёт 60 % энергии, то 40 % выделившейся энергии останется на месте в виде тепла. На глубине 200 000 км температура около 2 млн. градусов. В месте же торможения Луны температура газа станет на несколько миллионов градусов больше окружающей температуры, так что в принципе он должен всплыть наверх, передав свою энергию фотосфере и сильно поднять её яркостную температуру.

[PavelSI]

Частая причина столкновений что звезда не на главной последовательности, а речь красном гиганте, пожирающем свои же планеты. Такое иногда связывают со вспышками звёзд, таких как Эта Киля и как раз такое происходит "сплошь и рядом". Планета падает, взамен звезда выбрасывает водород, на какое-то время вспыхивая как небольшая новая.

По нему нагретый до сотен тысяч-миллионов градусов газ будет беспрепятственно излучать в космос

Что-то не верю. Скорее всего взрыв произойдёт существенно ниже фотосферы. На большой высоте звёзды очень разреженные, импульс падающего тела ничем не будет скомпенсирован и падение будет продолжаться. Т.е. удар пройдёт довольно глубоко, прогреет области звезды существенно ниже чем видимая поверхность, прежде чем падающее тело полностью рассеется. Излучения выйдет не очень много, но разогрев приведёт к раздуванию поверхности звезды, охлаждению, потом сжатию и т.д. Ждать что будет проделан канал и излучение легко убежит ИМХО не следует, потому что сами продукты испарения падающего тела этот же канал сразу же и залепят как пробкой.

Полагаю что энергия перейдёт в пульсации звёзды - она будет сначала расширяться, потом сжиматься, потом снова расширяться и так пока пульсации не погаснут. Возможно что часть энергии уйдёт на сброс оболочки, если звезда красная а планета упала массивная.

он должен всплыть наверх, передав свою энергию фотосфере и сильно поднять её яркостную температуру.

Всплыть - медленное слово. Уместней сказать что разогретый взрывом газ будет совершать адиабатическое расширение, разогревая фотосферу ударной волной. Но фотосфера не успеет излучить такую уйму энергии, её поднимет и охладит адиабатическим расширением. Т.е. пульсации и ещё раз пульсации. Звезда будет довольно быстро и часто менять спектральный класс.

[Диваныч]

Выброс будет роскошный. Даже если у комет получаются такие бабахи, то планета устроит более впечатляющее шоу:

[волотька хрюкалин]

Даже если у комет получаются такие бабахи

Если Вы не поняли, то корональные выбросы на этом видео никоим образом с кометами не связаны.

[Диваныч]

Жаль, красиво совпало.

[Алексей В.]

Ждать что будет проделан канал и излучение легко убежит ИМХО не следует, потому что сами продукты испарения падающего тела этот же канал сразу же и залепят как пробкой.

я же уже сказал выше, что ошибся. Из-за размеров явления в тысячи км мгновенного высвета энергии не будет, как в случае ядерного взрыва или же падения маленького астероида (десятки-сотни метров) на Солнце. Но из-за того, что при падении Луны находящийся у неё на пути водород будет сжиматься и нагреваться до 10 млн. градусов, то стенки пробитого канала всё равно будет нехило светиться, но в пределах разумного (ну там десятки тысяч - сотня тысяч градусов), больше им раскалиться не позволит плохая теплопередача из глубины стенок канала.

Всплыть - медленное слово. Уместней сказать что разогретый взрывом газ будет совершать адиабатическое расширение, разогревая фотосферу ударной волной. Но фотосфера не успеет излучить такую уйму энергии, её поднимет и охладит адиабатическим расширением. Т.е. пульсации и ещё раз пульсации. Звезда будет довольно быстро и часто менять спектральный класс.

ну учитывая, что основное торможение, а значит и выделение энергии будет на глубине около 200 000 км, то возможно, что энергии ударной волны может быть не достаточно для существенного повышения температуры на 200 000 км выше места взрыва. Хотя учитывая, то что плотность Солнца падает с 200 кг/м3 до 0,0002 кг/м3 с глубины 200т. км до фотосферы, то вполне может быть.
А эпицентральная область, на мой взгляд, должна обязательно всплыть подобно огненному шару ядерного взрыва, т.к. она не может охлаждаться излучением подобно тому, как светится метеорит, входящий в атмосферу.

[PavelSI]

то возможно, что энергии ударной волны может быть не достаточно для существенного повышения температуры на 200 000 км выше места взрыва

Ударная волна на то и волна, что она прогревает лишь свой фронт волны. Т.е. момент прохождения волны может быть рентгеновской вспышкой или вспышкой довольно мягкого ультрафиолета на несколько секунд. Но возможно что звезда смогла бы поглотить Луну и продолжать высвечивать эту энергию с минимальными колебаниями блеска как это обычно, переизлучая энергию веками.

При этом снова повторю, всё сводится ещё и к вопросу с чего бы Луне падать в Солнце. Если же звезда - красный гигант, то ситуация будет заметно другой. Там не то что Луны падают, а падают очень даже Горячие Юпитеры, а то и звёзды-спутники целиком. И это приводит к очень заметному расплёскиванию материала оболочки.

[Змей Петров]

Не, ну если тело типа Луны врежется в Солнце на 600 км/c , то был бы знатный Ба-Бах .
Думаю - было бы видно невооружённым глазом .

[Diman]

"Не, ну если тело типа Луны врежется в Солнце на 600 км/c , то был бы знатный Ба-Бах .
Думаю - было бы видно невооружённым глазом ."

Если с обратной стороны Солнца - увидим только остаточные эффекты, а не сам момент столкновения.
Аналогичный пример - столкновение Юпитера с кометой Шумейкеров-Леви.

[Алексей В.]

Ударная волна на то и волна, что она прогревает лишь свой фронт волны. Т.е. момент прохождения волны может быть рентгеновской вспышкой или вспышкой довольно мягкого ультрафиолета на несколько секунд. Но возможно что звезда смогла бы поглотить Луну и продолжать высвечивать эту энергию с минимальными колебаниями блеска как это обычно, переизлучая энергию веками.

вообще, полёт Луны внутри Солнца будет похож на полёт того же Челябинского метеорита в атмосфере Земли, разница лишь в размерах и скорости. Ясное дело, что не будет такого же свечения, как от метеорита, т.к. атмосфера Солнца под фотосферой непрозрачна для излучения, так что охлаждение излучением будет невозможно, следовательно область в окрестности траектории падения Луны будет сильно разогрета.
До глубины примерно 150 000 км скорость Луны почти не будет снижаться, т.к. там атмосфера относительно разряжена. Только где-то с 150-200 т.км начнётся основное торможение. На глубине 200 000 км плотность водорода 200 кг/м3, средняя плотность Луны = 3350 кг/м3, а её диаметр 3500 км, значит для того, чтобы Луна вытеснила перед собой массу водорода равную её массе нужно пройти около 60000 км. Это будет похоже на разрушение челябинского метеорита в момент самой сильной вспышки.
Кстати, я не думаю, что энергия ударной волны с глубины 200 000 км значимым образом нагреет фотосферу, скорее всего она нагреется более всего именно в момент прохождения Луны непосредственно через неё, в окрестностях места входа Луны. Т.к. давление в поверхностных слоях относительно мало, то они будут отшвырнуты проходящей Луной на гораздо большее расстояние, чем внутренние слои, кот. сильно сжаты, так что ширина коридора в области фотосферы будет гораздо больше, чем 3500 км и он будет очень горячим + ещё и окрестности тоже, которые будут нагреты ударной волной.
Но это будет лишь очень малая часть общей выделенной энергии. БОльшая часть энергии уйдёт в ударную волну, кот. просто встряхнёт Солнце, за исключением непосредственно линии, вдоль кот. пролетела Луна, здесь будет газ сильно нагрет и возможно, что всплывёт вверх, передав свою энергию фотосфере.

[Змей Петров]

Тут нужно учесть, что при скорости 600 км/c температура торможения - десятки миллионов K . Это такой уже не очень мягкий рентген.
Прозрачность для него той плазмы - надо ещё посмотреть. Если плазма относительно прозрачна, то значительная часть энергии просто высветится во внешнее пространство.
Если плазма при этом малопрозрачна, то будет тот самый большой Ба-Бах .

Аналогия с челябинским метеоритом абсолютно не подходит . Ни по скорости, ни по массе .

Вообще  -  можно сделать простейший подсчёт энергии такого столкновения .

Это всё конечно при условии прямого столкновения.
Если же "Луна" будет постепенно по спирали приближаться к Солнцу, то страшного катаклизма не случится . Хотя и в этом случае ЛА - было бы на что посмотреть

[Алексей В.]

Тут нужно учесть, что при скорости 600 км/c температура торможения - десятки миллионов K . Это такой уже не очень мягкий рентген.

не десятки, а только  1 десяток, если быть более точным, то 11 400 000 градусов, это если не учитывать то, что при миллионах градусов часть энергии будет существовать не только в виде кинетической энергии частиц (протонов и электронов), но и в виде фотонов теплового излучения, летающих между ними, так что реальная температура будет ещё меньше - всего лишь несколько миллионов гр.
Такая температура будет только непосредственно под Луной, т.е. в сжатом слое между Луной и головной ударной волной. Затем когда этот сжатый водород уходит в сторону от Луны, то он разжимается и температура его снижается.

Прозрачность для него той плазмы - надо ещё посмотреть. Если плазма относительно прозрачна, то значительная часть энергии просто высветится во внешнее пространство.

дело не в прозрачности(хотя она всё равно мала), а в размерах плазмы, а они огромны. Значит температурный градиент будет очень мал, следовательно теплопроводность будет очень мала.
К  примеру, у нас есть канал в атмосфере Солнца диаметром 3500 км с температурой на стенке
 и внутри неё скажем 1 млн. градусов. Стенка начинает с мощностью 5,67*10^16 Вт/м3 излучать в космос, охлаждается, тогда изнутри стенки начинает за счёт лучистой теплопроводности передаваться энергия, кот. сдерживает её охлаждение, в свою очередь внутренние слои охлаждаются - им в свою очередь передаётся тепло из ещё более глубоких слоёв и т.д. И чем дольше этот процесс будет идти, тем всё из более и более глубоких слоёв тепло нужно будет передать на стенку и этот процесс всё более и более будет замедляться, а температура стенки падать. То есть никаких миллионов градусов излучаться не может в космос. Только лишь десятки - сотня тысяч градусов. Да, внутри будет миллион, но снаружи только около 100 000 примерно.

Аналогия с челябинским метеоритом абсолютно не подходит . Ни по скорости, ни по массе

аналогия здесь в том, что в обоих случаях это будет полёт в атмосфере с увеличивающейся со снижением высоты плотностью атмосферы и торможение будет не мгновенным, как в случае со столкновением с грунтом планеты, а постепенным.

[Krosh]

Прозрачность для него той плазмы - надо ещё посмотреть. Если плазма относительно прозрачна, то значительная часть энергии просто высветится во внешнее пространство.
Если плазма при этом малопрозрачна, то будет тот самый большой Ба-Бах .

Можно прикинуть примерные цифры.
Простейшая модель яркого снежка: все встреченные частицы Солнца прилипают к его поверхности, энергобаланс тепловым излучением.
Для простоты берём глубину где-то в начале конвективной зоны, на которой плотность равна 1 кг/куб.м. (концентрация атомов/ионов водорода 6х10^26 1/куб.м.)
Поток энергии на единицу поперечного сечения:
\(\displaystyle q = \frac{\rho v^2}{2} \cdot v \)
Чернотельное излучение:
\(\displaystyle q = \sigma T^4 \)
Приравниваем.
Для 600 км/с получается равновесная температура примерно 1 миллион К или около 80 эВ. Излучение - ультрамягкий рентген с максимумом спектра в районе 220 эВ. При такой температуре окружающая среда - уже плазма, поэтому для длины свободного пробега излучения используем томсоновское сечение рассеяния, примерно 2/3 барна. Получается, что длина рассеяния для такой плотности будет масштаба 20-30 м. То есть по сути излучение оказывается запертым и распространяется диффузионным образом. Для более глубоких слоёв потоки энергии и температура выше, но "тэ-в-четвёртой" - это страшная вещь и до жёсткого рентгена тепловое излучение по спектру добраться не должно, т.е. модель Томсона рассеяния света должна работать. А она от энергии фотона не зависит.
Но таких моделей с полным прилипанием в реальной жизни не бывает, будет какая-то меньшая температура с передачей части энергии веществу. Разрушение кристаллических решёток можно проигнорировать, там энергии связи масштаба 8-10 электронвольт. Много пойдёт в ионизацию многоэлектронных оболочек, если мы не про водородный астероид, а про объект с условно обычными грунтами. Даже кислород полностью ободрать - уже энергия масштаба кэВ нужна, а ещё по 3/2kT на каждый из восьми появившихся электронов.
Короче, если спросонья на задачу взглянуть - то возникнет перегретый кокон вокруг объекта. Кэп сбоку подсказывает, что у болидов они именно так и возникают. А для точного решения задачи нужны достаточно аккуратные коды с реальными моделями атмосферы и уравнениями состояний. Там даже ещё интереснее. При этих скоростях тело можно считать жидким. Успеет ли гидродинамическая неустойчивость его разорвать на фрагменты, или же оно сможет остаться одним куском вплоть до полного торможения (условно - до локальной звуковой скорости)? То есть это вопрос к модели энергобаланса - можно ли считать нагрев поверхностным, или нужно эту планету рассматривать как много фрагментов с более эффективным отводом энергии вглубь?

P.S. Поправил формулы по рекомендации свыше

[xd]

Поток энергии на единицу поперечного сечения:
q = ро-вэ-квадрат-пополам х скорость
Чернотельное излучение:
q - сигма-тэ-в-четвёртой
Приравниваем.

бррр...
\(\displaystyle q = \frac{\rho v^2}{2} \cdot ?? \) - что такое "х скорость"?
\(\displaystyle q = \sigma T^4 \)

PS: есть же поддержка LaTeX-а и даже условно визуальный редактор...

[Тимур Норматов]

Если например объект размером с Луну врежется в Солнце? Будет ли взрыв?

Примерно тоже самое что и при столкновении кометы Шумейкер- Леви с Юпитером

[Krosh]

\(\displaystyle q = \frac{\rho v^2}{2} \cdot ?? \) - что такое "х скорость"?
\(\displaystyle q = \sigma T^4 \)
PS: есть же поддержка LaTeX-а и даже условно визуальный редактор...

Исправляюсь.
\(\displaystyle q = \frac{\rho v^2}{2} \cdot v \)
Решил было, что текстовое описание будет понятнее.

[Змей Петров]

Если например объект размером с Луну врежется в Солнце? Будет ли взрыв?

Примерно тоже самое что и при столкновении кометы Шумейкер- Леви с Юпитером

Простейший подсчёт энергии столкновения с Солнцем тела типа Луны даёт такой результат, что Леви с Шумейкером - не при делах .

[Алексей В.]

Для 600 км/с получается равновесная температура примерно 1 миллион К или около 80 эВ. Излучение - ультрамягкий рентген с максимумом спектра в районе 220 эВ.

неа, так ничего не получится. 1 млн. К получился в предположении, на сколько я понимаю, что излучение просто излучается и обратно не возвращается, как к примеру при излучении в открытый космос. Но тут будет другая ситуация - излучение сжатого газа за фронтом головной ударной волны будет греть ещё не сжатый газ перед этим фронтом. Ну так он поглотив это  излучение сам будет излучать и не только вперёд, но и обратно тоже и это замедлит передачу энергии излучением и увеличит температуру за фронтом.
К примеру, на Солнце, на глубине 200000 км температура 2 млн. К, а поток тепла из глубины, идущий к фотосфере, который проходит через 1 м2 горизонтальной площади ~ 120 МВт. Но при температуре 2 млн. К излучение абсолютно чёрного тела = 9*10^17 Вт, так почему поток к фотосфере всего лишь 120 Мвт, т.е. в 7 500 000 000 раз меньше? Потому что излучение многократно переизлучается вверх-вниз-вверх-вниз-вверх-вниз-вверх-вниз. Условно говоря из 7,5 млрд. излучённых фотонов только один пойдёт наверх к фотосфере, остальные 7 499 999 999 будут просто туда-сюда шуровать и всё.
Кстати, можно определить насколько отличаются температуры 2-х прилегающих друг к другу излучающих слоёв по этой разнице. Т.е. если нижний м2 излучил в сторону верхнего м2 7 500 000 000 фотонов, а верхний вернул ему обратно только лишь 7 499 999 999, то разница температур (температурный градиент) между ними будет = 1/30 000 000 000, для 2 млн. К она = 66 микроградусов.

Так что учитывая подобные эффекты температура перед Луной будет практически = температуре , кот. получит водород в момент столкновения и лучистой теплопроводностью в бОльшей степени можно пренебречь. Размеры явления в тысячи км сделают температурный градиент очень малым, значит и поток передаваемого тепла будет пренебрежимо мал.
Атом водорода при столкновении на скорости 618 км/с всего получит энергии 1981 эВ. -13,6 эВ на ионизацию, итого 1967 эВ, которые разделятся поровну между протоном и электроном по 984 Эв каждому. 1 эВ соответствует температуре 11600 К, так что максимально возможная температура будет 11,4 млн. градусов. Есть ещё один вариант куда может уйти энергия - в летающие между частицами фотоны, плотность их энергии в 1 м3 = 4/с * энергию излучения абсолютно чёрного тела. При одной и той же температуре плотность излучения одинакова, но плотность частиц может отличаться, так что при увеличении плотности водорода доля энергии, кот. будет приходиться на энергию излучения будет всё меньше и меньше, а температура будет расти, приближаясь к 11,4 млн. градусам.

[Krosh]

... Но тут будет другая ситуация - излучение сжатого газа за фронтом головной ударной волны будет греть ещё не сжатый газ перед этим фронтом. Ну так он поглотив это  излучение сам будет излучать и не только вперёд, но и обратно тоже и это замедлит передачу энергии излучением и увеличит температуру за фронтом....

Ну да.
Мы примерно об одном и том же говорим, только разными словами.
Оценка температуры по мощности чернотельного излучения, уходящего в свободное пространство, является очень грубой и я об этом там сразу и написал. Нужна была исключительно для ответа на вопрос о том, уходит ли это излучение наружу или заперто.
После чего для конкретных условий была оценка длины рассеяния фотонов, т.е. по сути толщина слоя солнечной плазмы, которую можно уже считать оптически толстой. И слова про диффузионное распространение излучения тоже там были написаны. Если брать локальную плотность вещества не мой 1 кг/куб.м, а 200 - то и длина рассеяния сократится с десятков метров до примерно дециметра. Поскольку мы говорим об объекте с начальным диаметром в тысячи километров, то тут просто вокруг появляется тонкая шкурка, в которой вещество перегрето по отношению к равновесному состоянию.
Ну и на самом деле этот ответ довольно очевиден задним числом. Потому что структуру Солнца мы знаем, и знаем, что верхние слои под фотосферой - это зона конвекции, где излучение заперто и лучистый перенос не определяет энергобаланс.

[Змей Петров]

Если взять конкретно Луну, то энергия столкновения - 10³⁴ Дж .
Светимость Солнца - 4*10²⁶ Вт .
Такую энергию всё Солнце излучает примерно за год . Ей нужно куда-то деваться . Запереть её, скажем - на год не получится .