Чому Земля і Місяць рухаються один від одного, але двійкові чорні діри рухаються ближче?

16

Відповідно до прийнятої відповіді на те, чи віддаляється Місяць далі від Землі та ближче до Сонця? Чому? , Місяць відходить від Землі через те, що сили припливу та тертя призводять до втрати енергії.

Однак, згідно з веб-сайтом LIGO ,

У міру обертання обох мас навколо один одного їхні орбітальні відстані зменшуються

оскільки вони втрачають енергію, випромінюючи внутрішньогравітаційні хвилі .

Чому тіла розсуваються у випадку Земля-Місяць, але ближче один до одного у випадку з чорною дірою?

Якщо обидва протилежні явища є, але інше є сильнішим у двох випадках, що визначає долю системи?

— Гнубі
джерело

Можливо, ви трохи зрозуміли відповідь на пов'язане питання. Відповідь говорить про те, що сили припливу та тертя передають енергію із Землі (від кутового імпульсу від обертання навколо своєї осі) і надають їй Місяць (у формі орбітального імпульсу кута). Енергія не втрачається (майже ніколи). Він просто перетворюється і транспортується навколо. Гравітаційні хвилі виводять орбітальний кутовий момент з бінарної системи, що змусить їх перейти на більш жорстку орбіту, хоча все-таки розумно запитати, чому те саме перетворення Земля-Місяць не компенсує / не застосовує.

— zibadawa timmy

1

@zibadawatimmy має бути відповіддю

— Роб Джеффріс

1

@RobJeffries У моїй думці є ця технічна здатність, яку я не можу вирішити, що змушує насправді не претендувати на відповідь: чи може бути достатньо обертального імпульсу від обертової чорної діри, і чи можна це перетворити на орбітальний імпульс кута (для інша чорна діра), зі швидкістю, достатньо швидкою, щоб фактично відключити систему (незважаючи на хвилі тяжіння)? Я розумію, що обертається обмежена кількість обертів, тож якщо система залишається зв'язаною, врешті-решт гравітаційні хвилі виграють і починається інспіраль ... але чи може вона стати незв'язаною? Я не можу зрозуміти, чи це легке чи важке питання.

— zibadawa timmy

1

Зрозумів! Причина, що Місяць відступає, полягає в тому, що він обертається в тому ж напрямку, в якому обертається Земля, а Земля не прив'язана до Місяця. У системі Нептун-Тритон у Тритона є ретроградна орбіта (унікальна серед великих лун) і тому наближається до Нептуна замість цього - від universetoday.com/56042/triton

— Gnubie

14

Ось як припливи віддаляють місяць від Землі:

Місяць обертається навколо Землі, і між стороною Землі, найближчої до Місяця, і стороною, що знаходиться далеко від Місяця, є різниця гравітаційної сили.

Ця різниця в силі має тенденцію витягати Землю в овальну форму, її довга вісь спрямована на Місяць.

Але Земля також крутиться, і це спінінг рухає вісь овалу вперед, тому овал не вказує на місяць, а трохи попереду нього. Отже, на Землі є шишка, і вона постійно незначно перед Місяцем. Цей удар має масу, і він тягне Місяць до нього, Отже, Місяць тягнеться вперед. Місяць тягне Землю назад. Тож обертання Землі сповільнюється, але Місяць набирає енергію і відсувається трохи далі від Землі.

Місяць також сповільнився настільки, що одна і та ж сторона завжди стикається із Землею, і вона залишатиметься замкненою так.

Гравітаційні хвилі, з іншого боку, означають викид енергії з бінарної системи, і коли енергія втрачається, чорні діри спіралюються.

На чорних дірочках немає припливів, тому що там нічого не можна втягувати в овальну форму. Горизонт події не є суцільною поверхнею. Маса чорної діри повністю сконцентрована в сингулярності, немає структури, яку можна деформувати в шишку.

— Джеймс К
джерело

Є чорні діри!

— Anixx

3

Чорні діри можуть створювати припливи на інших об’єктах (дуже сильні, розривати вас на відливи типу), але чорна діра не має жодного значення, щоб її спотворювали. Він має масу, але не важливо.

— Джеймс К

11

Відповідь запізнілий, але жодна із існуючих відповідей не пояснює це належним чином.

Правильне пояснення просте. У ньютонівській механіці припливні впливи роблять усі об'єкти на ретроградних орбітах, а ті об'єкти на орбітах, що проростають, нижче еквівалента спіралі геосинхронного радіуса всередину. Лише об'єкти, що обертаються навколо, виходять за еквівалент спіралі геосинхронного радіуса назовні. Наш Місяць орбітує приблизно на 385000 км, що значно перевищує геосинхронний радіус 42164 км. Фобос орбітає на Марсі з напівмагістральною віссю 9377 км, значно нижче ареосинхронного радіуса 20400 км. Поки наш Місяць спірально виходить із Землі, Фобос спірально просувається всередину Марса.

Об'єкти взаємно замкнених спіралей не спираються ні всередину, ні назовні в механіці Ньютона. Загальна відносність дещо змінює цю динаміку, роблячи спірально замкнені об'єкти спіраллю всередину.

— Девід Хаммен
джерело

7

Швидкість спаду Місяця від Землі дається як 38,04 мм на рік, завдяки припливним силам, повідомляє Вікіпедія. Хороший опис (із схемами) про те, як це відбувається, можна знайти тут .

Швидкість розпаду орбіти внаслідок гравітаційного випромінювання може бути визначена через Вікіпедія: Гравітаційна хвиля

\frac{г r}{г т} = - \frac{64}{5} \frac{Г^{3}}{c^{5}} \frac{(м_{1} м_{2}) (м_{1} + м_{2})}{r^{3}}

$\frac{\mathrm{d}r}{\mathrm{d}t} = - \frac{64}{5}\, \frac{G^3}{c^5}\, \frac{(m_1m_2)(m_1+m_2)}{r^3}$

Це працює приблизно до 2 нм на рік, або на 7 порядків менше. Так, так, очікується, що відбудеться як припливний спад, так і розпад орбіти за допомогою гравітаційних хвиль, але спад припливів - набагато більший ефект.

— user10789
джерело

Але це не суперечить факту з ОП, що дві взаємно обертові чорні діри мають тенденцію зближуватися?

— Астронамістик

Саме так! Чому б натхненні чорні діри та нейтронні зірки теж не страждали від припливних сил?

— Gnubie

Я вважаю за краще цю відповідь, оскільки вона порівнює величину кожного ефекту, а не намагається пояснити будь-який. Іншими словами, всі орбітальні пари мають потенціал як для припливних сил, так і для гравітаційних хвиль, але ОП хоче знати, чому на одну систему впливає один ефект над іншою, і ви це робите тут непогано.

— Келлі С. Французька

5

Інші відповіді вірно пояснюють, чому сили припливів розсувають Землю і Місяць один від одного, але вони не розсуваються між собою парою чорних дір. Однак я думаю, що також потрібно пояснити, чому феномени, які роблять дві чорні діри спіраллю всередині, не роблять спіраль Місяця всередину Землі.

Насправді кожна пара обертових мас випромінює гравітаційні хвилі. Різниця полягає в тому, що лише дуже великі маси, що обертаються дуже близько один до одного, виробляють гравітаційні хвилі, досить великі, щоб мати значне вплив на ці орбіти мас.

Згідно з https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binaries час, який займає пару мас, щоб потрапити одна в одну через випромінювані гравітаційні хвилі:

т = \frac{5}{256} \frac{c^{5}}{Г^{3}} \frac{r^{4}}{(м_{1} м_{2}) (м_{1} + м_{2})}

$t= \frac{5}{256}\, \frac{c^5}{G^3}\, \frac{r^4}{(m_1m_2)(m_1+m_2)}$

Підключимо маси Землі та Місяця та його відстань до цього рівняння (всі дані, взяті з Вікіпедії в одиницях СІ):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

Тобто, залишившись у спокої, випромінювальні гравітаційні хвилі змусять Місяця врізатися в Землю за 1,3 * 10 ^ 33 секунди, тобто 4,13 * 10 ^ 25 років або 3 * 10 ^ 15 разів більше від поточного віку Всесвіту. Іншими словами, ефект випромінювання гравітаційних хвиль на рух Землі та Місяця настільки крихітний - особливо порівняно з іншими силами, такими як припливи - що ми не можемо абсолютно забути про це.

Тільки для порівняння, дві однієї нейтронної зірки сонячної маси, що обертаються навколо однієї і тієї ж відстані від Землі та Місяця, потраплять одна в одну:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

Що становить приблизно 7 мільйонів років, показуючи, що зміна маси має великий вплив на результат. Як було сказано на початку, гравітаційні хвилі роблять пари об'єктів розміром зірки спіраллю всередину, але вони не мають помітного впливу на супутник, який обертається навколо планети.

— Пере
джерело

2

Відмінна відповідь з реальними цифрами. Хочеться, щоб я міг прийняти вашу відповідь, якби ви відповіли раніше!

— Gnubie

@Gnubie Цей Meta FAQ говорить, що "Ви можете будь-коли змінити, чи відповідь буде прийнято, або просто не приймати відповідь". :-)

— Чаппо каже: SE Dudded Monica

1

Дякую, за вашу оцінку, але я думаю, що це питання насправді складається з двох питань. Інші відповіді вірно відповідають на одну з них. Моя відповідає на іншу. Тому прийнята відповідь не є помилковою. Це лише одна половина відповіді, а моя - друга.

— Пере,