Księżyc ma orbitę eliptyczną (oczywiście), ale skoro co roku znajduje się kilka cali od Ziemi, jego orbita staje się bardziej okrągła i dlaczego? Orbita Io staje się bardziej okrągła z powodu efektów ogrzewania pływowego, ale dlaczego?
Księżyc ma orbitę eliptyczną (oczywiście), ale skoro co roku znajduje się kilka cali od Ziemi, jego orbita staje się bardziej okrągła i dlaczego? Orbita Io staje się bardziej okrągła z powodu efektów ogrzewania pływowego, ale dlaczego?
Krótka odpowiedź: TAK. Zakładam, że masz na myśli ekscentryczność orbity Księżyca wokół Ziemi.
Ogólnie rzecz biorąc, siły pływowe w układach podwójnych (jak układ Ziemia-Księżyc, gwiazda podwójna itp.) wpływają na układ binarny na trzy główne sposoby: w kolejności od najdłuższej do najkrótszej skali czasu
1) cyrkulacja orbity (mimośrodowość dochodzi do zera, separacja binarna do minimum).
2 ) wyrównanie wirowania momentu obrotowego komponentów binarnych z momentem pędu orbity (kierunki $ S $ i $ L $ są takie same).
3) synchronizacja częstotliwości obrotowej składowych binarnych z częstotliwością orbity.
ale dlaczego?
Istnieją różne sposoby odpowiedzi „dlaczego”, a tutaj jest świetną koncepcyjną odpowiedzią udzieloną przez samego Boga Ojca astrofizycznych prądów, ZP Zahna:
Podstawową właściwością zamkniętych układów mechanicznych jest ich ochrona całkowity pęd. Dotyczy to w szczególności gwiazd podwójnych, układów gwiazda-planeta (-y), niezależnie od tego, czy posiadają dysk okołogwiazdowy, czy nie, jeśli można zignorować moment pędu przenoszony przez wiatry i fale grawitacyjne. Poprzez oddziaływanie pływów energia kinetyczna i moment pędu są wymieniane między obrotem komponentów, ich ruchem orbitalnym a dyskiem. W przypadku braku takiego dysku, co rozważymy tutaj, ewoluują one w wyniku rozpraszania lepkiego i radiacyjnego do stanu minimalnej energii kinetycznej, w którym orbita jest kołowa, obrót obu gwiazd jest zsynchronizowany z ruch orbitalny, a ich oś obrotu jest prostopadła do płaszczyzny orbity. To, jak szybko system dąży do tego stanu, zależy od siły oddziaływania pływów, a tym samym przez oddzielenie dwóch składników ...
A więc, w zasadzie, moment pływowy napędza rozpraszanie, a to rozpraszanie sprowadza układ binarny do stanu minimalnej energii kinetycznej, tj. orbity kołowej, zsynchronizowanych obrotów z orbitą, obrotów wyrównanych z orbitą.
Oto wykres konturowy skali czasu zapewnianej przez równania # 9 - 13 $ z przełomowego artykułu Huta z 1981 r., zakładając, że separacja nie zmienia się zbytnio w stosunku do inne wielkości, dla układu podwójnego złożonego z czarnej dziury i gwiazdy Wolfa-Rayeta, który jest układem podobnym do układu planetarno-satelitarnego, w którym skale czasowe są sparametryzowane pod względem masy gwiazdy WR i separacji binarny:
Kropkowana czarna linia to skala czasowa łączenia układu binarnego z powodu fal grawitacyjnych, co oznacza, że poniżej tej linii jesteś binarny, że łączy się w ciągu życia wszechświata. Skala czasu synchronizacji jest niezależna od początkowego obrotu gwiazdy WR, dlatego na wykresie znajduje się tylko jedna linia synchronizacji, ale skala czasu wyrównania zależy od początkowego obrotu elementu odczuwającego pływy. Punkty poniżej konturów osiągają ten proces (poniżej czerwonej przerywanej linii są synchronizowane). Ilość $ f_ {B} $ to parametr frakcji podziału, zawiera się między $ 0 $ a 1 $ i którego wybór określa początkowy obrót gwiazdy WR jako ułamek jego rozpadu. (kontury skali czasu pływów zostały utworzone przez zrównanie czasu życia WR ze skalą czasu pływu). Nie uwzględniłem skali czasu cyrkulacji, ponieważ zasadniczo jest ona zawsze mniejsza niż synchronizacja. skala czasu (wynika po prostu z faktu, że ogólnie $ S << L $ ).
Na koniec należy powiedzieć, że gwiazda WR jest zupełnie inna niż księżyc / satelita, jednak wpływ pływów na każdą z nich jest na tyle podobny, że można dokonać porównania koncepcyjnego (ponieważ gwiazda WR jest znacznie mniej masywna niż BH, tak jak Księżyc niż Ziemia, hierarchia skal czasowych pływów jest taka sama, ale należy pamiętać, że reakcja apsydalna WR na gradient pływów jest zupełnie inna niż skalistego księżyca).
Jak zauważyłeś, orbita Księżyca jest nieco ekscentryczna, ale Księżyc jest również zsynchronizowany pływowo z obrotem Ziemi (oba są zsynchronizowane z obrotem orbity). Powinno to mieć sens, ponieważ przypływy potrzebują więcej czasu na cyrkulację niż synchronizację.
Jestem pewien, że ktoś może opublikować przykład wykorzystania pływów w rzeczywistym układzie planeta-księżyc, zamiast mojej czarnej dziury-gwiazdy system. :)
Natknąłem się na to rok później, ale pomyślałem, że opublikuję prostą, niezwiązaną z matematyką odpowiedź.
Grawitacyjny wpływ Księżyca na Ziemię jest podobny do wpływu dowolnego orbitującego ciała na jego pierwotnym dowcip, że tworzy wybrzuszenie na powierzchni Ziemi, a w mniejszym stopniu odwrotnie. Gdy Ziemia obraca się, wybrzuszenie porusza się po jej obwodzie, więc zawsze wskazuje prawie w kierunku Księżyca.
Ponieważ skorupa ziemska nie jest idealnie elastyczna, ta ruchoma deformacja nigdy nie występuje dokładnie pod księżycem. , ale prowadzi to nieznacznie. (Mogłoby się tak zdarzyć, nawet gdyby skorupa była idealnie elastyczna z powodu bezwładności przemieszczanego materiału). Prowadzi to do trzech zjawisk.
Po pierwsze, niektóre z Energia rotacyjna Ziemi jest rozpraszana w postaci ciepła. To niewiele, ale jest to ważne w ostatnim etapie blokowania pływowego.
Po drugie, nieznacznie zwiększona grawitacja tego wybrzuszenia, prowadząca Księżyc w tym czasie, ciągnie Księżyc do przodu na jego orbicie. Dodając energię kinetyczną do Księżyca, ma tendencję do podnoszenia Księżyca wyżej na jego orbicie. Ta sama siła cofa się wbrew obrotowi Ziemi, spowalniając ją.
Po trzecie, gdy Księżyc znajduje się najbliżej Ziemi na swojej niezupełnie kołowej orbicie, siła ta jest większa, podnosząc ją bardziej, gdy jest blisko Ziemi. Ma to tendencję do eliminowania wszelkich ekscentryczności na orbicie Księżyca.
Suma tego wszystkiego jest taka, że obrót Ziemi w końcu zwolni do prędkości, z jaką obraca się wokół niej Księżyc, i zmniejsza ekscentryczność orbita Księżyca. Siła ta maleje, gdy te dwa elementy zostają zsynchronizowane, a ostatnia pozostałość „nadmiarowej” energii obrotowej Ziemi jest tracona w wyniku ogrzewania pływowego, tak że jedna strona jest zawsze zwrócona w stronę Księżyca.
Pamiętaj, jak zauważono na innych plakatach, grawitacja Słońca sprawia, że orbita Księżyca jest nieco ekscentryczna, co ostatecznie spowodowałoby, że Ziemia / Księżyc byłby przypływowo zsynchronizowany ze Słońcem, ale trochę arytmetyki Fermiego sugeruje, że Układ Słoneczny samo w sobie nie potrwa tak długo.