E se Terra e Luna ruotassero l'una attorno all'altra come Plutone e Caronte?

Cosa sarebbe diverso per noi se Terra e Luna ruotassero l'una attorno all'altra come fanno Plutone e Caronte?

Lo fanno , ma a causa del rapporto tra le masse molto diverse, sembrano che non lo farebbero poiché la luna sembra ruotare proprio attorno al (centro della) Terra.

$\frac{M_{Earth}}{M_{Moon}} = 81.3$$\frac{M_{Pluto}}{M_{Charon}} = 8.09$

Poiché il rapporto tra Plutone e Caronte è relativamente piccolo, il centro del sistema - baricentro, attorno al quale orbitano i due corpi - si trova da qualche parte su una linea tracciata tra i centri di massa dei due corpi celesti. Ma per Terra e Luna, poiché la Terra è proporzionalmente molto più pesante, il baricentro del sistema non raggiunge fuori dalla Terra, ma invece si trova a circa 4.500 chilometri dal centro della Terra (vedi anche la foto sotto):

Nei casi in cui uno dei due oggetti è considerevolmente più massiccio dell'altro (e relativamente vicino), il baricentro si troverà tipicamente all'interno dell'oggetto più massiccio. Invece di sembrare in orbita attorno a un centro di massa comune con il corpo più piccolo, il più grande sarà semplicemente visto "vacillare" leggermente. Questo è il caso del sistema Terra-Luna, in cui il baricentro si trova in media a 4.671 km dal centro della Terra , ben all'interno del raggio del pianeta di 6.378 km. Fonte: Wikipedia - Barycenter

L'effetto principale di questo sistema co-rotazionale è che la Terra sembra "oscillare" sulla sua orbita, come menzionato nella citazione di Wikipedia sopra.

@JeppeStigNielsen fa un buon punto sulle differenze nel blocco delle maree nei commenti qui sotto. Nel sistema Terra-Luna, solo la Luna è bloccata in modo ordinato (il che ci fa vedere solo una sua faccia, quindi solo circa la metà di essa, dalla Terra), mentre in Plutone-Caronte entrambi i corpi sono bloccati in ordine. La Terra non è bloccata in modo ordinato a causa del rapporto di massa più elevato tra essa e la Luna, ma il sistema di Pluto-Caronte con rapporto di massa inferiore lo è, poiché il Carone di massa inferiore ha lentamente cambiato la rotazione di Plutone per adattarsi al suo movimento orbitale.

Su baricentri

La coppia Plutone-Caronte non è qualitativamente diversa dalla coppia Terra-Luna per quanto riguarda le orbite. Come è stato sottolineato in altre risposte, in entrambi i casi, i due corpi ruotano l'uno attorno all'altro, cioè sono meglio descritti come in orbita attorno al loro baricentro.

In termini più fisici, il referenziale centrato sul baricentro del sistema Terra-Luna è "più galileo" rispetto al referenziale centrato sul centro geometrico Terra: se fai misure di alta precisione dei sistemi fisici sulla Terra, vedrai alcuni " jitter "che mostra che la Terra non è proprio galileea. La maggior parte dei quali è dovuta alla rotazione terrestre (il jitter è il più famoso dimostrato dal pendolo di Foucault) ma anche se si tiene conto della rotazione, si ottengono comunque alcune perturbazioni residue derivanti dalla rivoluzione della Terra attorno al baricentro Terra-Luna. (E se risolvi questi, ne ricevi ancora alcuni a causa della rivoluzione terrestre attorno al Sole - in realtà, la rivoluzione della Terra attorno al baricentro del sistema solare - e poi alcuni a causa della rotazione della Galassia, e così via , ma sono sempre più difficili da rilevare.)

Informazioni sulle maree

Quando due corpi rotondi si orbitano a vicenda, hanno la tendenza ad andare in "blocco delle maree": la loro velocità di rotazione individuale si sincronizzerà con la rivoluzione, in modo che, in fine , i due corpi mantengano sempre lo stesso emisfero l'uno verso l'altro. Plutone e Caronte sono a quel punto. La Luna è anche ordinatamente bloccata con la Terra: vediamo sempre lo stesso emisfero (in effetti vediamo un po 'più della metà della Luna, perché traballa un po'). La Terra non è bloccata in modo ordinato ... ancora. Ma alla fine lo sarà.

In effetti, la Terra e la Luna esercitano forze di marea l'una sull'altra. Ciò è spiegato più facilmente considerando la velocità orbitale: quando un satellite molto piccolo orbita attorno a un grande pianeta, deve andare a una velocità che dipende dall'altitudine del satellite: più è lontano il satellite, più lento va (ad esempio satelliti a bassa orbita zoomare a circa 8 km / s, mentre la Luna si sposta a circa 1 km / s circa). Ma la Luna è piuttosto voluminosa: il suo raggio è di poco superiore ai 1700 km. Ciò significa che se il centro della Luna va alla giusta velocità per la sua orbita, le rocce sul lato più lontano della Luna sono 1700 km più lontano dalla Terra, e quindi sono un po 'troppo veloci per quell'orbita, quindi vogliono andarsene . Allo stesso modo, le rocce sul lato vicino della luna sono 1700 km più vicine alla Terra e quindi vanno troppo lentamente: tendono a "cadere" verso la Terra.

Il fenomeno è simmetrico: la Terra sperimenta anche le forze di marea della Luna. In effetti, sia la Terra che la Luna sperimentano forze di marea dalla coppia gravitazionale Terra-Luna. Questo genera maree, dove l'acqua si muove in risposta alle forze; le rocce non lo fanno perché sono rocce, cioè non molto fluide in condizioni normali - vorrebbero muoversi, ma sono troppo rigide per farlo.

Le forze di marea si oppongono in qualche modo alla Terra che ruota più velocemente dei 27 giorni per una rivoluzione Terra-Luna e l'energia rotazionale viene lentamente dissipata: parte di essa viene iniettata nell'accoppiamento gravitazionale Terra-Luna, che le distingue da l'un l'altro (è stato misurato grazie ai riflettori delle sonde spaziali e delle missioni Apollo: la Luna ci sta fuggendo ad una velocità di circa 38 mm all'anno); il resto si perde nell'attrito dovuto al movimento dell'acqua, quindi alla fine convertito in calore irradiato nello spazio.

In conclusione: la rotazione della Terra sta rallentando. Ad esempio, un giorno sarebbe durato circa 22 ore ai tempi dei dinosauri (i più grandi, non gli uccelli). Il rallentamento è noto come ΔT attorno ai cerchi che tengono il tempo .

Tuttavia...

Anche quando la Terra si bloccherà in modo ordinato con la Luna, ci saranno comunque maree (almeno, se a quel tempo ci sarà ancora acqua liquida, il che non è scontato, poiché si prevede che la produzione di energia solare diminuirà drasticamente di 5 miliardi di anni da adesso). In effetti, la coppia Sole-Terra produce anche forze di marea. Le forze di marea Terra-Luna sono circa due volte più forti, quindi le maree indotte dalla Luna sono più grandi, ma in una situazione di marea bloccata, dovremmo ancora assistere alle maree indotte dal Sole - ma su scala minore.

(Senza la Luna, la Terra alla fine si bloccherebbe in modo ordinato con il Sole e una rotazione di 365 giorni - usando la lunghezza di oggi per un giorno, ovviamente. Non sono del tutto chiaro su cosa dovrebbe diventare il sistema Sole-Terra-Luna in a lungo termine; ma sembra che questa sia ancora una ricerca ampiamente aperta, in particolare perché ci sono altri pianeti nel mix, che porta a una situazione molto complessa.)

Risposta TLDr:

Entrambe le risposte sono molto buone. Ci sono alcuni dettagli in più da considerare se vogliamo esaminare tutti i what-if in questo scenario divertente ma stravagante.

Già menzionato, il rapporto tra le dimensioni è 8 a 1, non 81 a 1, quindi per i principianti, il Caronte come la Luna sarebbe molto più grande nel cielo. La Luna, con una massa circa 10 volte superiore, calcolando una densità leggermente maggiore a causa di una compattazione minore, sarebbe ancora 2,1 volte più grande, assumendo la stessa distanza, che la renderebbe 4 volte più luminosa nel cielo notturno. Una luna piena sarebbe piuttosto impressionante. Forse (appena) abbastanza luminoso da leggere se fosse un grande libro di testo. (alcune persone affermano di essere in grado di leggere al chiaro di luna ora, la maggior parte delle persone non può, ma 4 volte più luminosa, una luna piena potrebbe essere abbastanza luminosa.

Le eclissi solari diventerebbero più frequenti e durerebbero circa il doppio e potresti pensare che la Terra sarebbe leggermente più fredda a causa della Luna che blocca un po 'di luce solare, ma la Luna, che ci crediate o no, irradia più calore sulla terra di quanto non blocchi perché il la luna illuminata che ci sta di fronte è di quasi 400 gradi F durante il giorno di punta e non è difficile vedere che una superficie a temperatura irradia calore. Non molto, ma alcuni. Una domanda su questo qui, quindi un po 'più di 4 volte l'energia (ignorando le perdite di eclissi solare), circa 1 / 2.500 ° calore del sole, potrebbe arrivare a 1/10 di grado durante la notte durante la luna piena. Non molto, certamente, ma misurabile per chiunque abbia strumenti abbastanza sensibili. La luminosità e le dimensioni della Luna sarebbero ovviamente più evidenti di circa 1/10 di 1 grado di temperatura (C non F).

Una luna di quella massa rallenterebbe la rotazione della Terra in modo significativamente più veloce, già menzionata, ma a questa dobbiamo pensare. Quando la Luna si formò, era molto più vicina alla Terra, circa 3-5 volte il raggio della Terra. fonte. È fuori dalla sfera della collina e la formazione della Luna ha lasciato la Terra ruotare molto rapidamente, quindi gli effetti (terra che ruota rapidamente, maree lunari molto potenti) sarebbero ancora lì, ma le maree lunari sarebbero 10 volte maggiori, quindi stiamo guardando a livello di terremoto le maree quando la luna, 10 volte la massa, si trovava a 3-5 raggi terrestri di distanza. La Luna, perché durante la formazione non avrebbe molto slancio angolare, si sistemerebbe rapidamente in una rotazione bloccata attorno alla Terra. L'effetto di marea sulla Terra, essendo 10 volte maggiore causerebbe (approssimativamente) 10 volte il rigonfiamento delle maree sulla Terra spingerebbe la Luna lontano dalla Terra circa 10 volte più veloce, ma, allo stesso tempo, il rallentamento della marea rallenterebbe la Terra sarebbe anche 10 volte più grande (suppongo che corrisponda a circa 10 volte più veloce).

Quindi, in sostanza, la Luna e la Terra seguiranno il sistema in cui si trovano ora, ma procederebbero circa 10 volte più velocemente con una Luna con 10 volte la massa. La stima (qui) è che ci vorranno circa 50 miliardi di anni prima che la Luna rallenti la Terra abbastanza da entrare nel blocco delle maree, quindi dividi che per 10, oggi saremmo molto vicini a un blocco delle maree. La Terra ruoterebbe molto lentamente. La luna sarebbe anche (probabilmente) un po 'più distante dalla Terra e probabilmente avrebbe un'orbita più traballante a causa di perturbazioni solari e forse sarebbe sfuggita completamente. Questa è una parte complicata della matematica che preferirei non tentare (alla massa attuale della Luna, il Sole diventerà Gigante Rosso molto prima che la Luna scappi o la Terra si blocchi in modo ordinato ma con una Luna 10 volte più massiccia, quella ' s probabilmente non è più il caso e o la Luna è sparita o la Luna è più distante, ha un'orbita più allungata e la Terra è vicina o vicina alla marea. Se la Luna fuggisse, avremmo un oggetto in orbita vicino alla terra di dimensioni enormi che potrebbe successivamente schiantarci contro di noi o oscillare oltre la terra e spostare la nostra orbita - entrambi gli effetti e semplicemente l'effetto di non avere luna, sarebbero enormi.

Discussione sulla fuga Luna / terra vs blocco delle maree qui

Se assumiamo il pieno blocco delle maree, 29,5 giorni (sinodici, non sidreali) e una luna un po 'più lontana, quindi potremmo guardare 30 qualcosa a forse 40 giorni per 1 rotazione terrestre, cioè 20 giorni di sole, 20 giorni di notte. Ciò comporterebbe il caos assoluto sui sistemi meteorologici e sulle stagioni. Dal giorno alla notte avrebbe un effetto maggiore rispetto all'estate rispetto all'inverno, e le giornate estive sarebbero molto torride, anche se alcune regioni potrebbero andare bene a causa delle piogge. L'evoluzione potrebbe probabilmente adattarsi a questo, ma per me non sembra divertente. L'ulteriore distanza potrebbe rendere la Luna solo 3 volte più luminosa nel cielo notturno invece di 4. comunque piuttosto brillante. Avresti ancora 6 mesi di sole e 6 mesi di notte ai poli, ma per la maggior parte della terra, questo sarebbe un cambiamento radicale con giorni e notti così lunghi.

Altri possibili effetti, Obliquity (nessuna luna, forse maggiore, un driver dell'era glaciale più grande), vedi qui . Inoltre, se la Terra avesse ancora la Luna ma la Luna fosse in un'orbita più allungata, avremmo ancora maree mentre la Luna si muoveva dentro e fuori per appogee e perogee. Guarda l'immagine

fonte

La linea di fondo, anche se potremmo non pensarci molto, una luna di dimensioni diverse cambierebbe davvero molto. Una luna più piccola si allontanerebbe più lentamente dalla Terra e la Terra potrebbe essere in grado di avere una seconda luna forse per cattura, se la luna fosse più piccola, potremmo anche avere ere glaciali e cambiamenti climatici più aggressivi a causa di una maggiore variazione di obliquità e, supponendo che l'impatto gigante si verifichi ancora in modo simile ma una quantità minore di detriti (che non ha senso, ma lascia finta), quindi una luna più piccola non avrebbe rallentato tanto la rotazione della Terra e la Terra potrebbe ruotare abbastanza un po 'più veloce, 10 o 15 ore al giorno invece di 24. Gli effetti sarebbero piuttosto significativi.