特定の月の回転周期が軌道周期と等しいのはなぜですか?


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私たちの月と土星の月、タイタンにはこの特徴があります。このため、月の片側(ヘミスペレ)しか観察しません。どうしてこれなの?これを説明するニュートンまたは天体物理学は何ですか?やがて到達するのはある種の均衡だと思われますが、わかりません。


YouTubeリンクはお勧めしませんが、わかりやすい簡単な説明です 。
userLTK 2017

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昨日、奇妙なことにこれだけ気になっていた
MCMastery 2017

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それは私たちの月とタイタンだけではありません。私の知る限りでは、太陽系のすべての大きな月がこの振る舞いを示しています。潮汐ロックは強力な現象です。
マークフォスキー2017

回答:


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これに対する答えは確かに潮汐力であるが、それはどのようになり潮汐力のための正確なメカニズムを説明していない潮のロック、それは回転速度と革命のために軌道として中央本体に同じ面を示す、すなわち、周回体を率が等しい。このメカニズムについては、Earth-Moonシステムを使用して説明するため、具体的に説明できますが、どのシステムにも同じように適用できます。

まず、潮汐力は、体の分布質量全体にわたる重力差の結果です。月は点質量ではなく、サイズが拡張されています。地球が月に及ぼす重力は、距離に依存します(すべての重力と同様に)。つまり、月の地球に面した側では重力が強くなり、月を介して地球の反対側に進むにつれて重力が弱くなります。これは、月の地球に面した側がより強く引っ張られて地球に近づく一方で、地球の反対側がまだ地球に向かって引っ張られている間は、強くも近くも引っ張られないことを意味します。最終的に、これにより月が変形しますわずかに扁平になり、地球の方向に伸びるようになります。この表面の屈曲は、潮と呼ばれます。

今月が地球と潮汐的にロックされておらず、実際には月が軌道よりもわずかに速く回転していると仮定しましょう。地球は月に潮を引いており、月はその軸を回転しています。潮汐力によって引き起こされる潮汐は、それが潮汐力が適用される方向であるため、地球と月の線に合わせたままにする必要があります。しかし、月を変形させるには、時間と多くのエネルギーが必要です。月が変形すると、月が一緒に回転し、それに伴ってその潮汐変形を引っ張ろうとします。これにより、地球の月線の前に潮汐のふくらみが効果的に移動します。地球は依然として、その月と月の線に沿って潮汐力を加えて、潮汐の膨らみを線に引き戻そうとします。潮汐のふくらみを後方に(または、月の回転が遅すぎる場合は前方に)引っ張ろうとするこの一定の力により、運動量の移動により月が遅くなります(遅すぎる場合は加速します)。ここでの主なポイントは、月の回転が遅すぎたり速すぎたりすると、潮汐のふくらみを地球と月の線に引き込もうとする地球が、満潮になるまで月の回転速度が変化するため、潮汐ロックが平衡状態であることです。ロックされています。潮汐的にロックされると、その潮汐の膨らみは常に地球と月の線に沿ったものになり、この力は消滅します。地球が潮汐のふくらみをEarth-Moonラインに引き込もうとすると、月が回転してロックされるまで、月の回転速度が変化します。潮汐的にロックされると、その潮汐の膨らみは常に地球と月の線に沿ったものになり、この力は消滅します。地球が潮汐のふくらみをEarth-Moonラインに引き込もうとすると、月が回転してロックされるまで、月の回転速度が変化します。潮汐的にロックされると、その潮汐の膨らみは常に地球と月の線に沿ったものになり、この力は消えます。

それでも答えの約半分をカバーします。月を地球に潮汐でロックする場合、2つの期間を考慮する必要があります。1つ目は、前の段落で説明したように、その軸を中心とした月の回転時間です。もう1つは、地球の周りの月の公転時間です。両方が一致する必要があります。前の段落では、月の軸を中心とした自転時間がどのように影響を受けるかについて説明しましたが、地球の周りの月の公転時間に影響を与える方法もあります。幸い、これは上記とほぼ同じメカニズムによるものです。実際には、月は地球に潮汐のふくらみも引き起こし、地球が回転しているため、これらの潮汐のふくらみは、地球と月の線と直接整列しません。地球上のこの一直線でない潮汐のふくらみは、エネルギーを月の軌道速度に伝達するように作用し、スピードアップまたはスローダウンさせます。ちなみに、角運動量の保存により、これは必然的に月をわずかながら持続的な速度でドリフトさせます。

要約すると、潮汐力は潮汐ロックを引き起こしますが、平衡が見つかるまで、月の軌道速度と回転速度の両方に影響を与える複雑な低速の力が長期間にわたって発生します。その均衡は潮汐ロックです。


これが何らかのシステムに当てはまる場合、それは最終的に地球が太陽に潮汐ロックされることを意味しますか?
Liren 2017

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@Lirenはい。ただし、かなり時間がかかります。実際には、地球は最初に月に潮汐的にロックされます。
マークH

月を見ることができる国はなんでしょうか... :)
NikoNyrh 2017

@Liren技術的には、地球/太陽のみが存在する場合に発生する可能性があります。問題は、私たちが木星のような他の多くの惑星を持っていることです。これらの惑星は地球に顕著な重力の摂動を起こし、私たちがこれまで潮汐ロックの平衡に到達することを妨げています。しかし、水星(月のように1:1ではなく2:3の共鳴ではあるものの)や最近発表されたTRAPPIST-1システムの惑星など、惑星が満ち欠けで恒星に固定されているのは確かです。
ゼファー2017

@NikoNyrhおそらくどれも。地球が500億年以上かけて潮汐的に月に固定されると予測されており(月の地球への影響は小さすぎてすぐには実現できません)、それまでに太陽系は消滅します。太陽は約50億年後にレッドジャイアントに移行します。
ゼファー2017

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簡単な答えは、重力の二次的影響である潮汐力です。月が地球の海の干潮と満潮を引き起こすのと同じように、地球も月に同様の影響を及ぼします。

力は同じ起源ですが、地球の質量によりはるかに強力です。これらの潮汐力は、月の回転にトルクを引き起こします。そのため、地球には同じ面しか表示されません。

楽しい事実、冥王星とそれは唯一の月であるCharonは、潮汐力のために軌道上で1つの顔しか表示しません。また、潮汐力も地球の回転を遅くしています。


潮汐力は非対称に依存しますか?IOW、月が全周でより完全に対称的である場合、潮汐力がまだ存在するか、同じ効果を持つでしょうか?
0tyranny 0poverty 2017

それらは質量と重力の非一定の性質に依存します。つまり、2つの物体間の重力引力は、向かい合う側でより強くなります。お役に立てば幸いです。
Rumplestillskin 2017

@ 0tyranny0povertyちょっと。月の質量分布を完全に対称にすることができる場合(月の質量分布が不均一であることで悪名高い)、月の回転周期の変化率は低下しますが、潮汐力自体が表面に非対称性をもたらします:潮汐のふくらみ。潮汐ロックの影響を排除するには、完全に剛体にする必要がありますが、それは物理的に不可能です。
PM 2Ring 2017

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@ 0tyranny0povertyそれは月がたくさんある複雑なシステムで、リングもあるからだと思います。これは、重力効果の無秩序な混合をもたらし、衛星が同期するのに少し時間がかかります。
Barmar

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