Чому певні місяці мають період обертання рівним орбітальному періоду?


9

Наша Місяць і Місяць Сатурна, Титан, мають цю особливість. Через це ми спостерігаємо лише одну сторону (півкулю) нашого Місяця. Чому це? Що таке ньютонівська чи астрофізична, що б це пояснило? Здається, це була б якась рівновага, яка настає з часом, але я цього не розумію.


Посилання на Youtube не рекомендуються, але це приємне просте пояснення: youtube.com/watch?v=6jUpX7J7ySo Знайдіть блокування припливів для отримання додаткової інформації.
користувачLTK

1
Мені це було просто цікаво вчора, дивно
MCMastery

1
Це не тільки наш Місяць і Титан. Наскільки мені відомо, кожен великий місяць у Сонячній системі демонструє таку поведінку. Блокування припливів - потужне явище.
Марк Фоскі

Відповіді:


14

Відповідь на це, безумовно, сили приливів, але це не пояснює точний механізм того, як приливні сили призводять до блокування припливу , тобто орбітальне тіло, яке демонструє те саме обличчя до центрального тіла, як воно обертається, через швидкість обертання та обертання ставка рівна. Я опишу цей механізм за допомогою системи Земля-Місяць, щоб я міг бути конкретним, але він однаково стосується будь-якої системи.

Для початку припливні сили є результатом диференціальних гравітаційних сил по всій розподіленій масі тіла. Місяць не є точковою масою, має розширений розмір. Сила сили тяжіння на Місяць на Землю залежить від відстані (як сила тяжіння для чого-небудь). Це означає, що на поверненій до Місяця стороні Місяця сила тяжіння сильніша, і в міру просування через Місяць на протилежну Землі сила тяжіння слабшає. Це означає, що повернута до Землі сторона Місяця стає сильнішою та ближче до Землі, тоді як сторона, протилежна Землі, все ще тягнеться до Землі, не тягнеться так сильно чи так близько. Зрештою, це призводить до того, що Місяць деформуєтьсятакий, що він стає злегка сплюндрованим і розтягнутим у напрямку Землі. Це згинання поверхні відоме як припливи.

Тепер припустимо, що Місяць наразі не впорядкований із Землею, а насправді крутиться трохи швидше, ніж на орбіті. Земля викликає припливи на Місяці, а Місяць крутиться на своїй осі. Припливи, спричинені припливними силами, хочуть залишатись урівні з лінією Земля-Місяць, оскільки саме в цьому напрямку застосовуються сили припливів. Однак для деформації Місяця потрібен час і багато енергії. Після того, як Місяць деформується, він збирається крутитися разом і намагатиметься витягти цю приливну деформацію разом із собою, ефективно пересуваючи припливне випинання попереду лінії Земля-Місяць. Земля все ще застосовує силу припливу вздовж цієї лінії Земля-Місяць, щоб спробувати відтягнути припливно-випітну частину назад в лінію. Ця постійна сила, що намагається відтягнути приливну випинання назад (або вперед, якщо Місяць крутиться занадто повільно), дозволяє передавати імпульс, щоб уповільнити Місяць (або знову - прискорити його, якщо він занадто повільний). Основний момент тут полягає в тому, що блокування припливів - це стан рівноваги, тому що якщо Місяць крутиться занадто повільно або занадто швидко, Земля, яка намагається втягнути припливну випинання в лінію Земля-Місяць, змінить швидкість обертання Місяця, поки вона не стане придатною. заблокований. Після того, як вона буде зафіксована в підлозі, ця припливна випинання завжди буде знаходитись уздовж лінії Земля-Місяць, і ця сила зникне. Земля, яка намагається втягнути припливну випинання в лінію Земля-Місяць, буде змінювати швидкість обертання Місяця до тих пір, поки вона не стане приховано заблокованою. Після того, як вона буде зафіксована в підлозі, ця припливна випинання завжди буде знаходитись уздовж лінії Земля-Місяць, і ця сила зникне. Земля, яка намагається втягнути припливну випинання в лінію Земля-Місяць, буде змінювати швидкість обертання Місяця до тих пір, поки вона не стане приховано заблокованою. Після того, як вона буде зафіксована в підлозі, ця припливна випинання завжди буде знаходитись уздовж лінії Земля-Місяць, і ця сила зникне.

Хоча це охоплює приблизно половину відповіді. Намагаючись припливно зафіксувати Місяць на Землі, ви повинні врахувати два періоди часу. Перший, про який йдеться в попередньому пункті, - це час обертання Місяця навколо своєї осі. Інша - час обертання Місяця навколо Землі. Обидва повинні відповідати. У попередньому абзаці описано, як може впливати час обертання Місяця навколо своєї осі, але також існує спосіб впливати на час обертання Місяця навколо Землі. На щастя, це майже за однаковим механізмом, як описано вище. Насправді Місяць також спричиняє припливні випинання на Землі, і оскільки Земля крутиться, ці припливні випинання не будуть прямо прирівняні до лінії Земля-Місяць. Ця нерівномірна припливна випинання на Землі діє для передачі енергії до орбітальної швидкості Місяця, змушує його прискорити або сповільнити. Між іншим, завдяки збереженню імпульсу кута це обов'язково змушує Місяць відійти від нас невеликою, але стійкою швидкістю.

Підсумовуючи, припливні сили викликають блокування припливів, але це відбувається через заплутані та повільні сили протягом тривалого періоду, що впливає як на орбітальну швидкість, так і на швидкість обертання Місяця, поки не буде знайдена рівновага. Ця рівновага - це припливна блокування.


Якщо це стосується будь-якої системи, чи означає це, що Земля врешті-решт буде припливна до Сонця?
Лірен

2
@Liren Так, хоча це займе набагато більше часу. Насправді Земля спочатку стане пристосовано замкнутою до Місяця.
Марк Н

Цікаво, в які країни дістанеться побачити Місяць ... яка туристична пам'ятка! :)
NikoNyrh

@Liren Технічно це може статися, якби була тільки Земля / Сонце. Проблема полягає в тому, що у нас є багато інших планет на зразок Юпітера, які мають помітні гравітаційні збурення на Землі, які заважають нам коли-небудь досягти цієї рівноваги блокування припливів. Але ми, безумовно, бачимо, як планета прихильно замикається на своїх зірках, наприклад, Меркурій (хоч і в резонансі 2: 3, а не 1: 1, як Місяць) або планети в нещодавно оголошеній системі TRAPPIST-1.
зефір

@NikoNyrh Напевно, ніхто з них. Прогнозується, що Землі знадобиться понад 50 мільярдів років, щоб підкріпитись до Місяця (впливи Місяця на Землю просто занадто малі, щоб зробити це швидше), і ми знаємо, що Сонячна система вже давно піде. Сонце піде Червоним гігантом приблизно через 5 або близько мільярдів років.
зефір

3

Проста відповідь: сили припливів, які є вторинним впливом сили тяжіння. Так само, як Місяць викликає низькі та високі припливи Світового океану тут, на Землі, Земля також має подібний вплив на Місяць.

Сила того ж походження, але набагато сильніша через масу Землі. Ці сили приливу викликають крутний момент при обертанні на Місяці, і саме тому воно показує Землю лише одне і те ж обличчя.

Приємно, що Плутон і лише Місяць Харон демонструють лише одне обличчя під час своєї орбіти через силу припливу. Також сили приливів також уповільнюють обертання Землі.


Чи залежать сили приливу від асиметрії? ЯКЩО, якби Місяць був ідеально симетричнішим навколо, чи існували б сили припливів чи мали би такий же ефект?
0tyranny 0 бідність

Вони залежать від маси та непостійного характеру сили тяжіння. Тобто гравітаційне притягання між двома тілами сильніше на сторонах, звернених один до одного. Сподіваюся, що це допомагає.
Rumplestillskin

@ 0tyranny0poverty Сорт. Якби ви могли зробити розподіл маси Місяця ідеально симетричним (розподіл місячної маси, як відомо, нерівномірно ), це зменшило б швидкість зміни періоду обертання Місяця, але сили припливу самі створюють асиметрію на поверхні: припливна випинання. Щоб усунути ефект блокування припливів, вам потрібно мати ідеально жорстке тіло, а це фізично неможливо.
PM 2Ring

1
@ 0tyranny0poverty Я підозрюю, що це тому, що це складна система з великою кількістю лун, а також кілець. Це призводить до хаотичної суміші гравітаційних ефектів, і синхронізація супутника потребує певного часу та удачі.
Бармар

2
@ 0tyranny0poverty Оскільки сили приливу є результатом диференціальних гравітаційних сил. В основному потрібно диференціювати закон тяжіння Ньютона, в результаті чого сила припливу буде пропорційноюr3. Дивіться сторінку вікі для отримання більш детальної інформації.
зефір
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.