Як припливне нагрівання може знизити орбіту Іо?

Ця відповідь на питання Чи є Іо чарівна енергетична машина? говорить про те, що енергія від внутрішнього нагрівання Іо за рахунок припливного "шкряпання", коли він рухається циклічно ближче і далі від Юпітера на його еліптичній орбіті, буде надходити від енергії орбіти Іо. Орбіта меншої енергії обов'язково менша, і це насправді означає, що швидкість буде більшою. (Коли ви хочете підняти орбіту супутника на більшу висоту, ви фактично використовуєте поштовх у напрямку руху, щоб уповільнити його.)

Зважаючи на те, що сили приливів трохи складніші (пор. Чому Місяць відходить від Землі через припливи? Це характерно для інших лун? ), Апріорі впевнений, що нагрівання знизить орбіту Іо, змусивши його прискорити ? (Поміркуйте, що відступ Місяця Землі частково пов'язаний з рідким океаном Землі, а Юпітер - газовим гігантом.) Чи зменшиться лише перихов , або пів-головна вісь?

Як може (здавалося б, наївно, в середньому) радіальна сила викликати тангенціальне прискорення? Іо є приливно заблокований Юпітером тому його обертання навколо своєї осі синхронно з його обертанням навколо Юпітера.

редагувати: fwiw, якщо гравітаційні взаємодії між Іо та іншими місяцями Юпітера спричиняють проблему занадто складної, щоб легко відповісти, мене більше цікавить основна динаміка нагріву припливів та впливу на орбіту єдиного Місяця, а не конкретно Іо ситуація.

Як припливне нагрівання може знизити орбіту Іо?

Це не принаймні не в першому порядку. Ефект першого порядку полягає в тому, що припливний нагрів діє на циркуляцію орбіти Іо. Всупереч цьому, орбітальні резонанси з Європою та Ганімедом діють для того, щоб зробити орбіту Іо більш еліптичною. Це призводить до гарного циклу гістерезису.

$k_2$$Q$

Це охолодження Іо, коли його орбіта стає близькою до кругової, дозволяє постійно діючим резонансним ефектам домінувати над циркуляційними ефектами. Орбіта Іо повільно стає більш еліптичною. Ця еліптична орбіта збільшує припливні напруги на холодному, жорсткому Іо, врешті змушує його почати нагріватися і ставати більш пластичним. Ефекти циркуляції зростають у міру того, як орбіта стає все більш еліптичною, і коли внутрішність Іо стає більш гнучкою та пластичною. Врешті-решт ефекти циркуляції домінують над ефектом орбітального резонансу, завдяки чому орбіта Іо стає більш круговою - доки цикл не повториться.

Промийте та повторіть, принаймні до тих пір, поки трибічний орбітальний резонанс між Іо, Європою та Ганімедом утримується. Скільки часу існував тристоронній припливний резонанс і скільки він триватиме, наскільки я знаю, невідомо.

Відповідь Девіда Хаммена включає багато цікавих деталей про те, як орбіта Іо розвивається в часі (і пояснює, чому Іо все ще може бути вулканічною, хоча зараз орбіта Іо надзвичайно кругла). Це також пояснює, що якби Іо був повністю зациклюваний, без інших лун, він би не нагрівався і його орбіта не змінювалась, що, можливо, те, про що в основному цікавився запитуючий. Можливо, єдине питання, що залишається тоді, може бути: чому місяць, який знаходиться на круговій орбіті, але не обертається з правильною швидкістю, виявляє, що його орбіта змінюється?

Для цього є цікавий результат, що якщо Місяць крутиться швидше своєї орбіти, затримка реакції форми Місяця на його припливний рівнопотенціал означає, що "точки" його випинань вийдуть напередодні вирівнювання з планетою . Це створює крутний момент від сили тяжіння, який, як правило, сповільнює його обертання. Протилежне дотримується, якщо він крутиться повільніше, ніж його орбіта. Отож, так віджимання закручується, і з цим пов'язане певне нагрівання. Але система планети-Місяця (ігноруючи інші місяці) повинна зберігати імпульс кута, тому, якщо спина сповільнюється, цей кутовий імпульс повинен з’являтися десь в іншому місці - він з’являється на орбіті. Тож замість того, щоб думати про енергію орбіти (яка не зберігається через те, що створюється тепло і обертання змінюються), подумайте про кутовий імпульс спіна плюс орбіту.

Оскільки Іо не підкреслений, він теж не робить, але в його історії, перш ніж він був заблокований, він зробив би те чи інше. Що стосується Землі та Місяця, то Місяць укладається в глибину, але Земля крутиться швидше, ніж на орбіті Місяця, тому Земні випинання виходять напередодні Місяця, і тому Місяць стискає наш спина. Ця втрата імпульсу кута повинна йти на орбіту Місяця, тому Місяць стає все далі.

Якщо ви думаєте, що стосується енергії, то ви бачите, що Земля нагрівається гравітацією Місяця. Також енергія Місяця збільшується в енергії. Тож має бути джерело для обох, і це енергія в обертанні Землі. Тут немає сумнівів у тому, як енергія, втрачена внаслідок випромінювання Землі тепла, може вийти з орбіти Місяця, адже насправді енергія орбіти зростає. Ясніше, як енергія спіна може переходити як в нагрівання, так і в орбіту, оскільки саме спін створює сили, що викликають і нагрівальний, і орбітальний ефект. Аналогічно, якщо Місяць обертається швидше, ніж власна орбіта, то цей спін створює сили на Місяці, які сповільнюють його спінання, а частина цієї енергії переходить у нагрівання Місяця, а частина йде на підняття власної орбіти (для збереження кутового імпульсу ).