ทำไมดวงจันทร์บางดวงมีระยะเวลาการหมุนเท่ากับช่วงเวลาการโคจร


9

ไททันดวงจันทร์และดาวเสาร์ของเรามีคุณลักษณะนี้ ด้วยเหตุนี้เราจึงสังเกตเห็นเพียงด้านเดียว (ซีกโลก) ของดวงจันทร์ ทำไมนี้ นิวตันหรือฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่จะอธิบายสิ่งนี้คืออะไร? ดูเหมือนว่ามันจะเป็นดุลยภาพบางอย่างที่มาถึงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ฉันไม่เข้าใจ


ไม่แนะนำให้ใช้ลิงก์ของ Youtube แต่เป็นคำอธิบายง่ายๆ: youtube.com/watch?v=6jUpX7J7ySo ค้นหาการล็อค Tidal เพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติม
userLTK

1
ฉันเพิ่งสงสัยเมื่อวานนี้แปลก ๆ
MCMastery

1
มันไม่ใช่แค่ดวงจันทร์และไททันของเรา เพื่อความรู้ที่ดีที่สุดของฉันทุกดวงจันทร์ขนาดใหญ่ในระบบสุริยะจะแสดงพฤติกรรมนี้ การล็อคกระแสน้ำเป็นปรากฏการณ์ที่ทรงพลัง
Mark Foskey

คำตอบ:


14

คำตอบสำหรับเรื่องนี้เป็นพลังคลื่นอย่างแน่นอน แต่ไม่ได้อธิบายกลไกที่แน่นอนว่าแรงน้ำขึ้นน้ำลงทำให้เกิดการล็อคคลื่นได้อย่างไรเช่นร่างกายที่โคจรรอบแสดงใบหน้าเดียวกันกับร่างกายส่วนกลางขณะที่โคจรเนื่องจากอัตราการหมุนและการปฏิวัติ อัตราเท่ากัน ฉันจะอธิบายกลไกนี้โดยใช้ระบบ Earth-Moon ดังนั้นฉันจึงเจาะจงได้ แต่มันใช้ได้กับทุกระบบอย่างเท่าเทียมกัน

ในการเริ่มต้นแรงขึ้นน้ำลงเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันทั่วทั้งมวลที่กระจายตัวของร่างกาย ดวงจันทร์ไม่ได้เป็นมวลจุด แต่มันมีขนาดขยาย แรงโน้มถ่วงของโลกบนดวงจันทร์นั้นขึ้นอยู่กับระยะทางของโลก (เช่นเดียวกับพลังแห่งแรงโน้มถ่วงสำหรับทุกสิ่ง) สิ่งนี้หมายความว่าที่ด้านที่หันไปทางโลกของดวงจันทร์พลังแห่งแรงโน้มถ่วงจะแข็งแกร่งขึ้นและเมื่อคุณผ่านดวงจันทร์ไปยังฝั่งตรงข้ามกับโลกแรงโน้มถ่วงจะลดลง ซึ่งหมายความว่าด้านที่หันเข้าหาโลกของดวงจันทร์จะถูกดึงให้แข็งแกร่งขึ้นและเข้าใกล้โลกมากขึ้นในขณะที่ฝั่งตรงข้ามของโลกในขณะที่ยังคงถูกดึงเข้าหาโลกไม่ได้ถูกดึงเข้าใกล้หรือใกล้มาก ในท้ายที่สุดผลลัพธ์นี้ส่งผลให้ดวงจันทร์ผิดรูปเช่นนั้นมันจะกลายเป็นรูปวงรีเล็กน้อยและขยายออกไปในทิศทางของโลก การโค้งงอของพื้นผิวนี้เรียกว่ากระแสน้ำ

ทีนี้สมมติว่าดวงจันทร์ไม่ได้ถูกล็อกกับโลกในปัจจุบันและในความเป็นจริงแล้วการหมุนเร็วกว่าวงโคจรของมันเล็กน้อย โลกก่อให้เกิดกระแสน้ำขึ้นบนดวงจันทร์และดวงจันทร์หมุนบนแกนของมัน กระแสน้ำที่เกิดจากแรงคลื่นต้องการที่จะอยู่ในแนวเดียวกันกับแนว Earth-Moon เนื่องจากเป็นทิศทางที่แรงของกระแสน้ำขึ้นลง อย่างไรก็ตามมันต้องใช้เวลาและพลังงานมากมายในการทำให้ดวงจันทร์พิการ เมื่อดวงจันทร์มีรูปร่างผิดปกติมันจะหมุนไปตามและพยายามดึงความผิดปกติของกระแสน้ำขึ้นมาพร้อมกับมันทำให้กระพุ้งน้ำขึ้นน้ำลงเคลื่อนที่ไปข้างหน้าของเส้น Earth-Moon ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โลกยังคงใช้แรงขึ้นน้ำลงตามแนวเส้น Earth-Moon เพื่อลองและดึงปูดขึ้นลงตามลำดับ แรงคงที่นี้พยายามที่จะดึงปูดไทด์กลับมา (หรือข้างหน้าถ้าดวงจันทร์หมุนช้าเกินไป) อนุญาตให้มีการถ่ายโอนโมเมนตัมเพื่อชะลอดวงจันทร์ (หรืออีกครั้งให้เพิ่มความเร็วถ้ามันช้าเกินไป) ประเด็นหลักที่นี่คือการล็อคคลื่นเป็นสภาวะสมดุลเพราะถ้าดวงจันทร์หมุนช้าเกินไปหรือเร็วเกินไปโลกที่พยายามดึงปูดไทด์เข้าสู่เส้น Earth-Moon จะเปลี่ยนอัตราการหมุนของดวงจันทร์จนกว่ามันจะกลายเป็นทางด้านข้าง ล็อค เมื่อมันถูกล็อคอย่างเป็นไทด์, กระพุ้งน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ตามแนวโลก - ดวงจันทร์และพลังนี้จะหายไป โลกที่พยายามดึงกระแสน้ำขึ้นน้ำลงในบรรทัด Earth-Moon จะเปลี่ยนอัตราการหมุนของดวงจันทร์จนกว่ามันจะถูกล็อคไว้ตามทาง เมื่อมันถูกล็อคอย่างเป็นไทด์, กระพุ้งน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ตามแนวโลก - ดวงจันทร์และพลังนี้จะหายไป โลกที่พยายามดึงกระแสน้ำขึ้นน้ำลงในบรรทัด Earth-Moon จะเปลี่ยนอัตราการหมุนของดวงจันทร์จนกว่ามันจะถูกล็อคไว้ตามทาง เมื่อมันถูกล็อคอย่างเป็นไทด์, กระพุ้งน้ำขึ้นน้ำลงจะอยู่ตามแนวโลก - ดวงจันทร์และพลังนี้จะหายไป

ที่ครอบคลุมประมาณครึ่งหนึ่งของคำตอบว่า เมื่อพยายามล็อคกระแสน้ำดวงจันทร์สู่โลกคุณต้องพิจารณาสองช่วงเวลา ข้อแรกที่กล่าวถึงในย่อหน้าก่อนหน้าคือเวลาการหมุนของดวงจันทร์รอบแกนของมัน อื่น ๆ คือเวลาปฏิวัติของดวงจันทร์รอบโลก ทั้งคู่ต้องตรงกัน ย่อหน้าก่อนหน้านี้อธิบายว่าเวลาหมุนรอบดวงจันทร์รอบแกนของมันจะได้รับผลกระทบอย่างไร แต่ก็มีวิธีที่จะส่งผลกระทบต่อเวลาการปฏิวัติของดวงจันทร์รอบโลก โชคดีที่มันเป็นกลไกที่เหมือนกันเกือบเหมือนข้างต้น ผลที่เกิดขึ้นดวงจันทร์ก็ก่อให้เกิดคลื่นยักษ์บนโลกและเนื่องจากโลกกำลังหมุนควงคลื่นยักษ์เหล่านี้จะไม่ได้รับการจัดตำแหน่งโดยตรงกับสาย Earth-Moon กระพุ้งน้ำขึ้นน้ำลงบนโลกนี้ทำหน้าที่ถ่ายโอนพลังงานไปยังความเร็ววงโคจรของดวงจันทร์ ทำให้ความเร็วหรือช้าลง บังเอิญผ่านการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุมสิ่งนี้จะทำให้ดวงจันทร์เคลื่อนตัวออกห่างจากเราในอัตราที่น้อย แต่ไม่ลดละ

ในการรวมพลังคลื่นทำให้เกิดการล็อคคลื่น แต่มันเกิดขึ้นผ่านกองกำลังที่ซับซ้อนและช้าในช่วงเวลานานที่มีผลกระทบต่อทั้งความเร็วการโคจรและอัตราการหมุนของดวงจันทร์จนกว่าจะพบความสมดุล ความสมดุลนั่นคือการล็อคคลื่น


หากสิ่งนี้เกิดขึ้นกับระบบใด ๆ นั่นหมายความว่าโลกจะถูกน้ำท่วมในที่สุดดวงอาทิตย์?
Liren

2
@Liren ใช่แม้ว่ามันจะใช้เวลานานกว่านี้เยอะ ในความเป็นจริงโลกจะกลายเป็นล็อคไปยังดวงจันทร์เป็นครั้งแรก
มาร์ค H

ฉันสงสัยว่าประเทศใดจะได้เห็นดวงจันทร์ ... เป็นแหล่งท่องเที่ยว! :)
NikoNyrh

@Liren ในทางเทคนิคอาจเกิดขึ้นได้หากมีเพียงโลก / ดวงอาทิตย์เท่านั้น ปัญหาคือเรามีดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ มากมายเช่นดาวพฤหัสบดีซึ่งมีการก่อกวนแรงโน้มถ่วงที่สังเกตเห็นได้บนโลกซึ่งทำให้เราไม่สามารถเข้าถึงจุดสมดุลของการล็อคคลื่นได้ แต่เราจะเห็นว่าดาวเคราะห์จับกับดาวฤกษ์ของตนอย่างแน่นอนเช่นดาวพุธ (แม้ว่าจะมีการกำทอน 2: 3 มากกว่า 1: 1 เช่นดวงจันทร์) หรือดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 ที่เพิ่งประกาศ
zephyr

@NikoNyrh อาจไม่มีพวกเขา เป็นที่คาดการณ์ว่าโลกจะใช้เวลามากกว่า 50 พันล้านปีในการล็อคกับดวงจันทร์ (ทางดวงจันทร์บนโลกนั้นเล็กเกินไปที่จะทำในไม่ช้า) และเรารู้ว่าระบบสุริยะจะหายไปนานแล้ว ดวงอาทิตย์จะไปยังดาวยักษ์แดงในเวลาประมาณ 5 พันล้านปี
zephyr

3

คำตอบง่ายๆคือ: แรงขึ้นน้ำลงซึ่งเป็นผลรองของแรงโน้มถ่วง ในทำนองเดียวกับที่ดวงจันทร์ทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทรที่ต่ำและสูงบนโลกนี้โลกก็มีผลคล้ายกันบนดวงจันทร์

แรงนั้นมีต้นกำเนิดเดียวกัน แต่จะแข็งแกร่งกว่าเนื่องจากมวลของโลก กองกำลังน้ำขึ้นน้ำลงเหล่านี้ทำให้เกิดแรงบิดในการหมุนบนดวงจันทร์และนี่คือสาเหตุที่มันแสดงให้เห็นใบหน้าเดียวกับโลก

สนุกจริงพลูโตและมันเป็นเพียงดวงจันทร์ชารอนแสดงเพียงใบหน้าเดียวในระหว่างการโคจรของพวกเขาเนื่องจากแรงคลื่น นอกจากนี้พลังน้ำขึ้นลงก็ทำให้การหมุนของโลกช้าลงเช่นกัน


กองกำลังของกระแสน้ำขึ้นอยู่กับความไม่สมดุลหรือไม่? IOW ถ้าดวงจันทร์มีความสมมาตรอย่างสมบูรณ์รอบกองกำลังน้ำขึ้นน้ำลงจะยังคงอยู่หรือมีผลเช่นเดียวกัน?
0tyranny 0poverty

พวกมันขึ้นอยู่กับมวลและธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง นั่นคือแรงดึงดูดของความโน้มถ่วงระหว่างสองร่างนั้นแข็งแกร่งกว่าที่ด้านข้างซึ่งกันและกัน หวังว่าจะช่วย
Rumplestillskin

@ 0tyranny0poverty เรียงจาก หากคุณสามารถทำให้การกระจายมวลของดวงจันทร์สมมาตรอย่างสมบูรณ์แบบ (การกระจายมวลดวงจันทร์นั้นไม่สม่ำเสมออย่างไม่น่าเชื่อ ) มันจะลดอัตราการเปลี่ยนแปลงของระยะเวลาการหมุนของดวงจันทร์ได้ หากต้องการกำจัดเอฟเฟกต์ของการล็อคไทเดอร์คุณจำเป็นต้องมีตัวถังที่แข็งแรงและไม่สามารถทำได้
PM 2Ring

1
@ 0tyranny0poverty ฉันสงสัยว่ามันเป็นเพราะมันเป็นระบบที่ซับซ้อนที่มีดวงจันทร์จำนวนมากเช่นเดียวกับวงแหวน สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการผสมกันของเอฟเฟกต์ความโน้มถ่วงซึ่งต้องใช้เวลาและโชคสำหรับดาวเทียมในการซิงโครไนซ์
Barmar

2
@ 0tyranny0poverty เนื่องจากแรงดึงดูดเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงที่ต่างกัน โดยทั่วไปคุณต้องแยกความแตกต่างของกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันส่งผลให้แรงไทดัลเป็นสัดส่วนr3. ดูหน้า wikiสำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม
zephyr
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.