ทำไมโลกและดวงจันทร์ถึงแยกออกจากกัน แต่หลุมดำไบนารีจะขยับเข้ามาใกล้ขึ้น?

16

ตามคำตอบที่ได้รับการยอมรับบนดวงจันทร์เคลื่อนห่างจากโลกและใกล้กับดวงอาทิตย์มากขึ้นหรือไม่? ทำไม? ดวงจันทร์กำลังร่อนลงจากโลกเพราะแรงคลื่นและแรงเสียดทานทำให้พลังงานหายไป

อย่างไรก็ตามตามที่เว็บไซต์ LIGO ของ ,

เมื่อมวลสารทั้งสองหมุนรอบ ๆ กันระยะการโคจรของพวกมันจะลดลง

ขณะที่พวกเขาสูญเสียพลังงานแผ่คลื่นความโน้มถ่วง Inspiral

เหตุใดร่างกายจึงแยกออกจากกันในเคสเอิร์ ธ มูน แต่เข้าใกล้กันมากขึ้นในเคสหลุมดำ

หากทั้งสองมีปรากฎการณ์ตรงกันข้าม แต่มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนในสองกรณีอะไรจะเป็นตัวกำหนดชะตากรรมของระบบ

— Gnubie
แหล่งที่มา

คุณอาจเข้าใจคำตอบของคำถามที่เชื่อมโยงไปเล็กน้อย คำตอบจะบอกคุณว่าแรงคลื่นและแรงเสียดทานจะถ่ายโอนพลังงานจากโลก (จากโมเมนตัมเชิงมุมจากการหมุนรอบแกนของมัน) และส่งไปยังดวงจันทร์ (ในรูปของโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร) พลังงานไม่ได้หายไป (สวยมากเลยทีเดียว) มันเพิ่งได้รับการดัดแปลงและขนส่งไปรอบ ๆ คลื่นแรงโน้มถ่วงทำให้โมเมนตัมเชิงมุมโคจรออกจากระบบเลขฐานสองซึ่งจะทำให้พวกมันเคลื่อนที่เข้าสู่วงโคจรที่เข้มงวดมากขึ้นแม้ว่ามันจะยังคงสมเหตุสมผลที่จะถามว่าทำไมการแปลง Earth-Moon แบบเดียวกันไม่ชดเชย / ใช้

— zibadawa timmy

1

@zibadawatimmy ควรเป็นคำตอบ

— Rob Jeffries

1

@ RobJeffries มีเทคนิคนี้ในใจของฉันซึ่งฉันไม่สามารถแก้ไขที่ทำให้ฉันไม่ต้องการที่จะเรียกร้องให้มีคำตอบ: สามารถมีโมเมนตัมการหมุนจากหลุมดำหมุนได้เพียงพอและสามารถแปลงเป็นโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจร (สำหรับ หลุมดำอีกอันที่อัตราเร็วพอที่จะแยกระบบ (แม้จะมีคลื่นแรงโน้มถ่วง) ไหม? ฉันได้รับว่ามีโมเมนตัมการหมุนจำนวน จำกัด ดังนั้นหากระบบยังคงถูกผูกไว้ในที่สุดคลื่นแรงโน้มถ่วงจะชนะและผู้ตรวจการก็เริ่มต้น ... แต่มันจะหลุดได้หรือไม่? ฉันไม่สามารถทราบได้ว่าเป็นคำถามที่ง่ายหรือยาก

— zibadawa timmy

1

เข้าใจแล้ว! เหตุผลที่ดวงจันทร์กำลังถอยกลับไปคือมันหมุนไปในทิศทางเดียวกันกับที่โลกหมุนและโลกไม่ได้ถูกล็อคไว้กับดวงจันทร์ ในระบบเนปจูน - ไทรตันไทรทันมีวงโคจรถอยหลังเข้าคลอง (ไม่เหมือนใครในดวงจันทร์ขนาดใหญ่) และเข้าใกล้เนปจูนแทน - จากuniversetoday.com/56042/triton

— Gnubie

14

นี่คือวิธีที่กระแสน้ำย้ายดวงจันทร์ออกจากโลก:

ดวงจันทร์โคจรรอบโลกและมีแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันระหว่างด้านข้างของโลกที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์มากที่สุดและอยู่ห่างจากดวงจันทร์มากที่สุด

แรงที่แตกต่างนี้มีแนวโน้มที่จะดึงโลกให้เป็นรูปไข่โดยมีแกนยาวชี้ไปที่ดวงจันทร์

แต่โลกก็หมุนเช่นกันและการหมุนครั้งนี้ทำให้แกนของวงรีไปข้างหน้าดังนั้นวงรีไม่ได้ชี้ไปที่ดวงจันทร์ แต่อยู่ข้างหน้านิดหน่อย ดังนั้นจึงมีการชนกันบนโลกและมันก็ค่อนข้างถาวรที่ด้านหน้าของดวงจันทร์ ชนนี้มีมวลและดึงดวงจันทร์เข้าหามันดังนั้นดวงจันทร์จึงถูกดึงไปข้างหน้า ดวงจันทร์ดึงโลกกลับมา ดังนั้นการหมุนของโลกจึงช้าลง แต่ดวงจันทร์ได้พลังงานและเคลื่อนไปไกลกว่าโลกเล็กน้อย

ดวงจันทร์ยังคงชะลอตัวจนถึงระดับที่ด้านเดียวกันหันหน้าเข้าหาโลกเสมอและมันจะยังคงล็อคอยู่เช่นนี้

ในทางกลับกันคลื่นความโน้มถ่วงหมายถึงการเปล่งพลังงานจากระบบเลขฐานสองและเมื่อพลังงานหายไปหลุมดำจะหมุนวน

ไม่มีกระแสน้ำบนหลุมดำเพราะไม่มีสิ่งใดถูกดึงเข้าไปในรูปไข่ ขอบฟ้าเหตุการณ์ไม่ได้เป็นพื้นผิวที่มั่นคง มวลของหลุมดำนั้นมีความเข้มข้นที่เอกฐานไม่มีโครงสร้างที่จะเปลี่ยนรูปไปเป็นชน

— เจมส์เค
แหล่งที่มา

มีกระแสน้ำบนหลุมดำ!

— Anixx

3

หลุมดำสามารถสร้างกระแสน้ำบนวัตถุอื่น ๆ ได้ (พลังที่มากฉีกคุณออกจากกระแสน้ำ) แต่หลุมดำนั้นไม่สำคัญที่จะบิดเบือน มันมีมวล แต่ไม่สำคัญ

— James K

11

คำตอบที่ล่าช้า แต่ไม่มีคำตอบที่มีอยู่อธิบายอย่างนี้

คำอธิบายที่เหมาะสมนั้นง่าย ในกลศาสตร์ของนิวตันอิทธิพลจากน้ำขึ้นน้ำลงทำให้วัตถุทั้งหมดในวงโคจรถอยหลังเข้าคลองและวัตถุเหล่านั้นในวงโคจรที่เพิ่มขึ้นต่ำกว่าเทียบเท่ารัศมีวงก้นหอย geosynchronous มีเพียงวัตถุที่โคจรรอบ prograde เหนือกว่ารัศมีเกลียว geosynchronous วงโคจรของดวงจันทร์ของเราอยู่ที่ประมาณ 385000 กม. เหนือรัศมี geosynchronous 42164 กม. โฟบอสโคจรรอบดาวอังคารด้วยแกนกึ่งสำคัญ 9377 กม. ซึ่งอยู่ต่ำกว่ารัศมีอาซิงโครนัสที่ 20400 กม. ในขณะที่ดวงจันทร์ของเรากำลังหมุนวนออกจากโลก Phobos กำลังหมุนวนเข้าหาดาวอังคาร

วัตถุที่ถูกล็อคเข้าหากันเป็นเกลียวไม่ได้อยู่ภายในหรือภายนอกในกลไกของนิวตัน ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปปรับเปลี่ยนไดนามิคเล็กน้อยทำให้วัตถุถูกล็อคเข้าหากันทางด้านใน

— David Hammen
แหล่งที่มา

7

อัตราการถดถอยของดวงจันทร์จากโลกนั้นเท่ากับ 38.04 มม. ต่อปีเนื่องจากแรงคลื่นจากกระแสน้ำ คำอธิบายที่ดี (กับแผนภาพ) เกี่ยวกับวิธีการนี้เกิดขึ้นสามารถพบได้ที่นี่

\frac{d r}{d t} = - \frac{64}{5} \frac{G^{3}}{c^{5}} \frac{(m_{1} m_{2}) (m_{1} + m_{2})}{r^{3}}

$\frac{\mathrm{d}r}{\mathrm{d}t} = - \frac{64}{5}\, \frac{G^3}{c^5}\, \frac{(m_1m_2)(m_1+m_2)}{r^3}$

สิ่งนี้ใช้ได้ประมาณ 2nm ต่อปีหรือ 7 ออเดอร์ที่มีขนาดเล็กกว่า ใช่แล้วทั้งการถดถอยทางน้ำขึ้นน้ำลงและการสลายตัวของวงโคจรผ่านคลื่นความโน้มถ่วงคาดว่าจะเกิดขึ้น แต่การถดถอยทางน้ำขึ้นน้ำลงเป็นผลที่ใหญ่กว่ามาก

— user10789
แหล่งที่มา

แต่สิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับความจริงจาก OP ว่าหลุมดำทั้งสองที่หมุนร่วมกันมีแนวโน้มที่จะเข้ามาใกล้หรือไม่?

— โหราศาสตร์

แน่นอน! ทำไมไม่สร้างแรงบันดาลใจให้หลุมดำและดาวนิวตรอนประสบกับแรงคลื่น

— Gnubie

ฉันชอบคำตอบนี้เพราะเปรียบเทียบขนาดของเอฟเฟกต์แต่ละอันแทนที่จะพยายามอธิบายอย่างใดอย่างหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่งการโคจรของคู่นั้นมีศักยภาพสำหรับทั้งพลังคลื่นและคลื่นความโน้มถ่วง แต่ OP ต้องการทราบว่าทำไมระบบหนึ่งได้รับอิทธิพลจากผลหนึ่งเหนืออีกระบบหนึ่งและคุณทำได้ดีทีเดียว

— Kelly S. French

5

คำตอบอื่น ๆ นั้นถูกต้องในการอธิบายว่าทำไมพลังของกระแสน้ำถึงเคลื่อนโลกและดวงจันทร์ออกจากกัน แต่พวกมันไม่ได้แยกหลุมดำออกเป็นคู่ อย่างไรก็ตามฉันคิดว่ามันเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่ออธิบายว่าทำไมปรากฏการณ์ที่ทำให้เกิดหลุมดำสองวงเข้าด้านในไม่ทำให้เกลียวดวงจันทร์เข้าสู่โลก

ในความเป็นจริงทุกคู่ของมวลหมุนได้แผ่คลื่นความโน้มถ่วง สิ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างก็คือมีเพียงมวลขนาดใหญ่มากที่หมุนรอบกันอย่างมากเท่านั้นที่จะผลิตคลื่นความโน้มถ่วงที่ใหญ่พอที่จะส่งผลกระทบต่อมวลชนเหล่านั้นอย่างมีความหมาย

ตามhttps://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binariesเวลาที่ต้องใช้คู่มวลชนตกหลุมกันเนื่องจากคลื่นความโน้มถ่วงแผ่รังสีเป็น:

t = \frac{5}{256} \frac{c^{5}}{G^{3}} \frac{r^{4}}{(m_{1} m_{2}) (m_{1} + m_{2})}

$t= \frac{5}{256}\, \frac{c^5}{G^3}\, \frac{r^4}{(m_1m_2)(m_1+m_2)}$

มาเชื่อมต่อมวลของโลกและดวงจันทร์และระยะทางของมันเข้ากับสมการนั้น (ข้อมูลทั้งหมดนำมาจาก Wikipedia ในหน่วย SI):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

นั่นคือการปล่อยคลื่นความโน้มถ่วงนั้นจะทำให้ดวงจันทร์ชนกับโลกในเวลา 1.3 * 10 ^ 33 วินาทีนั่นคือ 4.13 * 10 ^ 25 ปีหรือ 3 * 10 ^ 15 เท่าของยุคปัจจุบันของจักรวาล กล่าวอีกนัยหนึ่งผลของการแผ่คลื่นความโน้มถ่วงในการเคลื่อนที่ของโลกและดวงจันทร์นั้นเล็กมาก - โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับกองกำลังอื่น ๆ เช่นกระแสน้ำซึ่งเราไม่สามารถลืมได้อย่างแน่นอน

เพียงเพื่อการเปรียบเทียบดาวนิวตรอนมวลดวงอาทิตย์สองดวงที่โคจรรอบกันและกันในระยะทางเท่ากันของโลกและดวงจันทร์จะตกลงกันใน:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

ซึ่งเพียงประมาณ 7 ล้านปีที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงมวลชนมีผลกระทบอย่างมากต่อผลลัพธ์ ตามที่ระบุไว้ในตอนต้นคลื่นความโน้มถ่วงทำให้วัตถุขนาดเท่าดาวฤกษ์หมุนวนเข้าด้านใน

— Pere
แหล่งที่มา

2

คำตอบที่ยอดเยี่ยมกับตัวเลขจริง หวังว่าฉันจะยอมรับคำตอบของคุณถ้าคุณตอบก่อนหน้านี้!

— Gnubie

@Gnubie คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Metaนี้กล่าวว่า "คุณสามารถเปลี่ยนคำตอบที่ยอมรับได้หรือเพียงยกเลิกคำตอบเมื่อใดก็ได้" :-)

— Chappo พูดว่า SE Dudded Monica

1

ขอบคุณสำหรับความชื่นชมของคุณ แต่ฉันคิดว่าคำถามนี้จริง ๆ แล้วประกอบด้วยสองคำถาม คำตอบอื่น ๆ นั้นเหมาะสมสำหรับการตอบคำถามข้อใดข้อหนึ่ง Mine ตอบคำถามอีกอันหนึ่ง ดังนั้นคำตอบที่ยอมรับไม่ผิด มันเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของคำตอบและของฉันก็คืออีกครึ่งหนึ่ง

— Pere