ไททันดวงจันทร์และดาวเสาร์ของเรามีคุณลักษณะนี้ ด้วยเหตุนี้เราจึงสังเกตเห็นเพียงด้านเดียว (ซีกโลก) ของดวงจันทร์ ทำไมนี้ นิวตันหรือฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่จะอธิบายสิ่งนี้คืออะไร? ดูเหมือนว่ามันจะเป็นดุลยภาพบางอย่างที่มาถึงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ฉันไม่เข้าใจ
ไททันดวงจันทร์และดาวเสาร์ของเรามีคุณลักษณะนี้ ด้วยเหตุนี้เราจึงสังเกตเห็นเพียงด้านเดียว (ซีกโลก) ของดวงจันทร์ ทำไมนี้ นิวตันหรือฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่จะอธิบายสิ่งนี้คืออะไร? ดูเหมือนว่ามันจะเป็นดุลยภาพบางอย่างที่มาถึงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ฉันไม่เข้าใจ
คำตอบ:
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
คำตอบง่ายๆคือ: แรงขึ้นน้ำลงซึ่งเป็นผลรองของแรงโน้มถ่วง ในทำนองเดียวกับที่ดวงจันทร์ทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทรที่ต่ำและสูงบนโลกนี้โลกก็มีผลคล้ายกันบนดวงจันทร์
แรงนั้นมีต้นกำเนิดเดียวกัน แต่จะแข็งแกร่งกว่าเนื่องจากมวลของโลก กองกำลังน้ำขึ้นน้ำลงเหล่านี้ทำให้เกิดแรงบิดในการหมุนบนดวงจันทร์และนี่คือสาเหตุที่มันแสดงให้เห็นใบหน้าเดียวกับโลก
สนุกจริงพลูโตและมันเป็นเพียงดวงจันทร์ชารอนแสดงเพียงใบหน้าเดียวในระหว่างการโคจรของพวกเขาเนื่องจากแรงคลื่น นอกจากนี้พลังน้ำขึ้นลงก็ทำให้การหมุนของโลกช้าลงเช่นกัน