潮汐の加速と減速の最終的な結果


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ですから、月が地球からの潮汐加速を経験しているのを知っています。そして、私が読んだことから、太陽が海を沸騰させて両方を最初に飲み込むという事実がなければ、月は約500億年後に静止します。

潮汐の加速が衛星を逃がすことができるかどうか私は興味がありました、そして短い答えはそうです、それは可能です。それは正確ですか?もしそうなら、どの要因がそれに追加されますか?

  1. 惑星の回転が速いほど、潮汐がさらに先に進み、完全にロックされる前に失うエネルギーが増えます。非常に密接に関連しており、衛星が遠くに移動すると軌道が遅くなり、潮汐がさらに先に進み、脱出に必要なエネルギーが少なくなります。これは明らかだと思われます。衛星が遠くにあるにも関わらず、惑星の回転が速いほど、脱出する可能性が高くなります。
  2. より流動的な惑星はより強い潮を経験し、それは再びより速く減速しますが、間違いなくより速く衛星を加速します。水よりも粘性の高い流体は、より弱い潮を経験しますが、私はそれらがはるかに先だと思います。流動性が高いほど確実に効果が上がると思いますが、最初の点ほど明白ではないようです。
  3. 大きな惑星では、潮汐加速による軌道の減速は少なくなりますが、脱出する力は強くなります。衛星が大きくなると、潮が強くなり潮汐力が大きくなりますが、加速するにはさらに力が必要になり、惑星の速度が低下します。どちらがより強力な効果を持つのか本当にわかりません...

それが問題1です。惑星がタイドロックされる前に、潮汐加速が衛星を宇宙に投げ込むことは本当に可能ですか?そうであれば、オブジェクトのサイズがそれに影響を及ぼしますか、それとも単に流動性と相対期間に影響しますか?

それから、潮汐減速と惑星への衝突について疑問に思いました。レトログラードを周回する衛星が減速を停止することは決してないので、すべてが最終的に引き裂かれ、惑星に衝突することは明らかです。非遡及的衛星の場合、私が読んだ記事は、それらすべてが同じ運命をたどるであろうことを暗示していました...これは、惑星の回転が常に衛星の落下軌道よりもゆっくりと加速することを意味します。本当?そうでない場合は、惑星の回転が追いつく場合があり、それらは再び潮汐的にロックされることになるでしょう。

つまり、問題2:後退しないすべての潮汐減速衛星は、最終的に惑星に衝突するのでしょうか、それとも、適切な開始条件を前提として、惑星が追いつくことが可能ですか?

編集:これについてこれ以上の情報は本当に見つかりませんでした。答えを知っている関連方程式に詳しい人はいますか?

回答:


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それが問題1です。惑星がタイドロックされる前に、潮汐加速が衛星を宇宙に投げ込むことは本当に可能ですか?そうであれば、オブジェクトのサイズがそれに影響を及ぼしますか、それとも単に流動性と相対期間に影響しますか?

ロックプロセス中に、周期が一致するまで、一方の角運動量が他方に供給されます。最終的な目的地は、両方のオブジェクトの初期運動量と慣性モーメントによって異なります。例として、月の質量を小さくしたり、地球の質量を大きくしたり、スピンを速くしたりすると、システムの最終的な構成では軌道が大きくなります。

あなたは確かに最終的な理論的構成が初等協会の丘圏を超えて衛星までの距離を持っているシステムを作成することができます。そのようなシステムは、最終的には分離することが期待されます。

流動性は、最終的な宛先に到達する速度を変更する場合がありますが、その構成は変更しません。

すべての非遡及的な潮汐減速衛星は最終的に惑星に衝突しますか、それとも惑星が適切な開始条件を前提として追いつくことが可能ですか?

各オブジェクトは同じ量の角運動量を伝達しています。しかし、各オブジェクトの応答は(少なくとも最初は)慣性モーメントの相対的な大きさに依存します。衛星が(比較的)小さいシステム、または回転速度の差が大きいシステムの場合、影響は避けられません。プライマリーは、下降するパートナーの増加する速度に追いつくのに十分な速度で加速することはできません。

ただし、期間の差が小さく、プライマリが十分/十分に小さい場合、オブジェクトは影響を受ける前にロックされます。


ありがとう!両方の質問に回答しました(他の回答では、流動性が運動量交換の速度にどのように影響するかについてのニュアンスについて詳しく説明しました)。基本的に、最終状態は完全にシステムの初期角運動量に基づいているため、単純です!加えて、Hill spheresを読むと、副衛星について考えるようになりました。月が長期の副衛星を持てなかった理由を読むようになったので、それはおまけです:p
user1410910

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最も重要な要素、つまり、太陽がどれだけ近いか、太陽までの距離と相対的な質量、ヒル球、および安定した軌道距離が終了するおおよその距離を逃した。

月が惑星から押し出される速度を決定する角運動量は、数式の興味深い組み合わせであり、おそらく、表面上の液体海洋の密度、質量、サイズ、形状、質量に基づいて計算できます。回転などの複雑な近似は、システムがタイドロックする前に月がどのくらい移動するか、そしてどれだけの時間がかかるかを示すために、異なるシナリオでうまくいくとは限らないでしょう。(インタラクティブではないシステムの中には、Earth-Moonシステムがタイドロックするのにおよそ500億ほどのタイムテーブルと比較して、比較的最終的な位置に到達するのに数兆または4千年以上かかる場合があります。

しかし、例として太陽-地球-月を見ると、地球が月を失うかどうかで最も重要なのは、丘の球の安定した部分がどこまで伸びているかであり、3つのオブジェクトすべての質量がそれらの質量である場合、現在、主な要因は、地球が太陽にどれだけ近いかです。地球が金星と同じくらい太陽に近い場合、月はおそらく脱出するでしょうが、それはしばらく時間がかかります。地球が(平均して)水星と同じくらい太陽に近ければ、それはずっと前に月を失っていただろう。

わかりました。私は、他の質問への簡単な道を歩んでいると思います。少なくとも、始めるのに適した場所です。角運動量。

二体軌道システムを考えると、軌道に対する潮汐効果はかなり単純です。バルジが月の前に回転するシステムを考えると、月はゆっくりと惑星から押し出され、惑星の回転は徐々に減少します。

この2つの体のシステムでは、月が逃げることは決してないは、少なくとも数学的には、その最終状態に到達します。

写真の3番目の体(太陽)にはいくつかの効果があります。太陽と惑星の相対的な質量と距離の関係によって、月が脱出する可能性が高い丘圏の安定領域のおおよその境界が決まります。また、太陽は月を引っ張って軌道に摂動を与え、それを非円形にします。これに対して、月が押し出されている2つの体のシステムは、円形に近づきます。

惑星が星に近い赤矮星の場合、惑星が赤矮星にタイドロックされるようになる可能性がはるかに高くなります(ただし、マーキュリーの3/2軌道対回転比などの一部のロッキングが時折発生する可能性があります)が、ほとんどの場合場合は、赤い矮星と惑星が比較的近接していると、惑星は潮汐的に星に固定され、月と比べて効果的にゆっくりと回転し、赤い矮星系の惑星に向かって月の軌道が崩壊します。そのようなシステムの安定した軌道領域もはるかに小さくなります。太陽は、惑星への、または惑星からの月の動きの重要な要素です。

しかし、2体系のシステムに戻り、潮汐効果を推定し、月が閉じた2体系のシステムから脱出することは決してないことを知って、次に、月が惑星からどれだけ遠くに移動できるか、そしてそれがどのくらいの時間かかるかという問題に取り組みます。相互潮汐ロックに達しています。

月が惑星から移動できる距離は、システムの全角運動量から推定できるため、初期回転速度が要因であり、惑星と月の間の相対質量も要因であることがわかります。より重い月は、惑星に大きな潮汐のふくらみを作り出します。その結果、月は、より軽い衛星よりも惑星から遠ざかります。同時に、より重い月は惑星から離れるにつれてより多くの角運動量を必要とするため、遠くに移動しなくなります。それほど大きくない月はさらに移動しますが、そこに到達するまでにはるかに長い時間がかかり、潮汐ロックが発生するまでに時間がかかります。

より流動的な惑星はより強い潮を経験するでしょう、それは再びそれをより速く減速させますが、間違いなくより速く衛星を加速させます。水よりも粘性の高い流体は弱い潮を経験しますが、私はそれらがはるかに先だと思います。流動性が高いほど確実に効果が上がると思いますが、最初の点ほど明白ではないようです。

より流動的な惑星がより強い潮を経験するだろうと言うのは正しくありません。満潮のときよりも満潮になると言ったほうが正確です。惑星が経験する潮汐は、月の質量と距離、および惑星のサイズに依存するため、月が等しい場合、惑星が液体であろうと固体であろうと、潮汐は同じになります。流体は剛性が低いため、潮を作るのは得意ですが、陸上にも潮があります。地球上では地球潮汐と呼ばれます。

満潮は効果的に月をよりよく押し、惑星をより速く減速させ、液体はより効率的に潮に反応します。そのため、液体表面を持つ惑星は、液体表面がない惑星よりも効率的かつ高速に月を動かします。海の形も重要です。広い太平洋は、狭い大西洋よりも大きな潮汐を持っています。

ここに画像の説明を入力してください

ソース

液体の粘度が問題だとは思いません。液体は流れ、固体は流れず、先の父も正しくありません。惑星は一般に1つの単位として回転しますが、コアとマントルの間の回転速度にはわずかな差異がありますが、惑星全体が回転し、潮汐バルジも一緒に回転します。液体はより効率的で膨らんでいますが、膨らみが月の前方を等角度で惑星の自転で前方に移動することはありません。

大きな惑星では、潮汐加速による軌道の減速は少なくなりますが、脱出する力は強くなります。衛星が大きくなると、潮が強くなり潮汐力が大きくなりますが、加速するにはさらに力が必要になり、惑星の速度が低下します。どちらがより強力な効果を持つのか本当にわかりません...

ここでは少し複雑なので注意する必要があります。惑星が月から受ける潮汐力は、月の質量、月の距離だけでなく、惑星の質量と惑星の半径にも関係しています。

数字を見る:

ここに画像の説明を入力してください

ソース

式の2番目の部分はかなりトリッキーです、[(1+R/d)2(1R/d)2]

しかし、かなり離れた月の計算を行うと、惑星の遠い側から近い側への潮汐力の違いはおよそ次のようになります。

ΔF=4GMmRd3

それでは、今のところ太陽を無視して、Earth-Moonシステムを見てください。

地球を同じサイズで2倍の質量にすると、潮汐力は2倍になりますが、地球の表面重力も2倍になり、同じ質量で2倍の重量の海水が得られます。月にかかる力は似ていますが、地球は重いです減速に時間がかかるため、月が遠くまで移動することになります。

密度を同じにして地球を大きくする場合、たとえば質量の8倍、つまり直径の2倍としましょう。月が私たちの新しい超地球に及ぼす潮汐力は16倍大きくなりますが、地球表面の重力はちょうど2倍になります。つまり、惑星を大きくすることで、月は実際にはより速く遠ざかります。大きい(密度は等しい)惑星はほぼ同じ速度で減速するはずですが、月が遠ざかるにつれて速度が遅くなります。

潮汐の数学のいくつかは私を混乱させます。月を惑星から遠ざける逆潮汐力は、距離とともに著しく低下します。潮汐力は距離の3乗で低下します。潮汐のふくらみからの力は、角度が距離とともに減少するため(4乗で低下すると思います)、それよりもさらに速く低下する可能性があります。そのため、月から地球までの距離が2倍になると、それが離れる速度が低下します。 (大体)、16回。(((おもう)))。

したがって、地球を8倍、半径を2倍にすると、潮汐力は16増加しますが、月が2倍移動すると、潮力は16減少します。月が変化せず、惑星の密度が変化しないと仮定した場合の、重力との距離の比率は1対1であり、これは私が期待するものです。

これはおそらく長くなり、多くのクリーンアップが必要になる可能性がありますが、1日と呼ぶ必要があるので、これを明日見ていきます。


この素晴らしい答えをありがとう!スキーマでは、小さなディスクとして描くのは太陽ですか、それとも月ですか?
J.チョメル

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私はウェブサイトから写真をコピーしたので、それは私のものではありませんが、写真では太陽です(そう、彼らはサイズが間違っていたと思います)。しかし、数式については問題ではなく、表されるのは距離だけです「R」、「d」など。数式に必要です。あなたは太陽に線を引いて月を書くことができ、写真はまだ機能します。
userLTK 2018年

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最初の質問の優れた答え、非常に詳細で興味深い読み物!2つ目の質問が含まれているため、他の回答を選択します。衛星が第3の物体の影響によってのみ放出できること、または最終状態がシステムの初期角運動量のみに基づいており、他のすべては時間枠にのみ影響することは私には自明ではありません。ありがとう!地潮があることは知っていました。それで、固体/粘性液体がリバウンドするのにより時間がかかりますが、そもそも潮汐はそれほど高くありません。
user1410910
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