Perché la Luna si sta allontanando dalla Terra a causa delle maree? È tipico per le altre lune?

Dopo aver letto le domande e risposte La luna si sta allontanando più dalla Terra e più vicino al Sole? Perché? riguardo alle maree che trasferiscono energia sulla Luna e la spingono dalla Terra, ho una domanda:

In che modo quell'energia viene effettivamente trasferita sulla Luna? La creazione delle maree richiede energia, quindi mi aspetto che ciò prenda energia dalla Luna, la rallenti e la faccia ricadere sulla Terra. Perché non succede?

Infine, se questo è il meccanismo generale, le altre lune che orbitano attorno ai pianeti con una superficie liquida e causano maree, si allontanerebbero dai loro pianeti genitori?

the-moon orbit earth

— Marinaio Danubiano
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Nota che la recessione si verifica solo quando il primario gira più velocemente del satellite. Quando il satellite si sta muovendo più velocemente del primario (come Phobos e Marte), allora si muove a spirale, non fuori.

— BowlOfRed

@ РСТȢѸФХѾЦЧШЩЪЫЬ: Uhm, "più vicino al sole"? Si

— allontana

Risposte:

È piuttosto semplice, in realtà.

rigonfiamento delle maree

La luna crea maree. A causa delle maree, l'acqua si gonfia verso la Luna (e anche sul lato opposto).

Ma la Terra ruota anche abbastanza velocemente (una volta al giorno), più veloce della Luna in orbita attorno alla Terra (una volta al mese). C'è attrito tra la Terra in rotazione e il rigonfiamento acquoso creato dalle maree. La rotazione della Terra "vuole" ruotare più rapidamente il rigonfiamento.

In effetti, la rotazione della Terra trascina il rigonfiamento delle maree in avanti - il rigonfiamento è sempre un po 'più avanti della Luna. Quando la Luna è al meridiano, la marea sta già diminuendo.

Quindi c'è un po 'di massa acquosa in più sulla Terra, un po' più avanti della Luna. Questo rigonfiamento acquoso interagisce gravitazionalmente con la Luna.

Questo ha due effetti:

rallenta la rotazione della Terra, aspirando gradualmente energia da essa (la Luna tira il rigonfiamento, e quindi la Terra, "indietro")
quell'energia viene scaricata nel movimento orbitale della Luna, "tirandolo" in avanti

Quando scarichi energia di movimento in un corpo in orbita, si stabilizza in un'orbita più alta - un'orbita più alta significa più energia. Pertanto, il trasferimento di energia dalla rotazione della Terra all'orbita della Luna rende gradualmente l'orbita della Luna sempre più grande.

Questo accade solo perché la Terra gira più velocemente di quanto la Luna orbita attorno a essa. Se la Terra fosse bloccata in modo ordinato sulla Luna (ruotando esattamente tanto velocemente quanto la Luna orbita attorno ad essa), allora nessun trasferimento avverrebbe. Se la Terra stesse ruotando più lentamente dell'orbita della Luna, il trasferimento sarebbe opposto (dal movimento orbitale della Luna alla rotazione della Terra).

Nota: controintuitivamente, un satellite con più energia si muove effettivamente più lentamente, ma in un'orbita più alta. L'energia extra va nel sollevare l'orbita, non nel rendere più veloce la sua velocità. Perché questo accada esattamente è un'altra discussione.

— Florin Andrei
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C'è un'onda di marea anche nel mantello fuso della Terra?

— LocalFluff,

Tutta la Terra, compresa la crosta "solida" e il suo interno morbido, sperimenta una marea dovuta alla Luna; su scala planetaria non ci sono solidi veri. Si chiama Marea della Terra. L'ampiezza è nell'ordine di decine di centimetri. web.ics.purdue.edu/~ecalais/teaching/eas450/Gravity3.pdf

— Florin Andrei

@ user104372 L'energia non esiste solo sotto forma di energia cinetica. In questo caso, l'energia totale (cinetica più potenziale) di un'orbita più ampia è maggiore. Questa è davvero la fisica di base che si sta discutendo.

— Rob Jeffries,

Ri È abbastanza semplice, in realtà. Non è così semplice. L'immagine vera è molto più complessa di questa semplice immagine. Il rigonfiamento delle maree come mostrato nell'immagine non esiste. Se esistesse, l'alta marea si verificherebbe poco dopo il culmine lunare (e poi 12 ore e 25 minuti dopo). Questo è molto raramente osservato. In realtà, quel rigonfiamento delle maree non può esistere. Per ottenere l'immagine corretta, si dovrebbero integrare gli effetti degli oceani sulla Luna per un lungo periodo di tempo (preferibilmente 18 anni o più). I nostri modelli non ci sono ancora.

— David Hammen,

Hai correttamente identificato che le forze di marea stanno trasferendo energia dalla Terra alla Luna. Questa energia fa sì che l'orbita della Luna si allarghi, rallentandola.

È un po 'contro intuitivo, ma se ci pensate, la Terra gira una frequenza di 1 giro al giorno La Luna sta orbitando attorno alla Terra con un periodo di circa 27,3 giorni. Se dovesse accelerare la sua orbita diminuirebbe effettivamente avvicinandola alla Terra.

Per rispondere al tuo ultimo punto, tutte le altre lune causano maree sui loro pianeti genitori e si stanno allontanando da loro, ma gli effetti sono molto più piccoli a causa della maggiore differenza di dimensioni. Il sistema Terra / Luna è unico nel Sistema Solare in quanto il rapporto tra le dimensioni dei corpi è relativamente vicino tra loro.

— ChrisF
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Gli altri sistemi pianeta / luna non anche hanno questa proprietà però. Le lune ruotano lentamente verso l'esterno.

— Rory Alsop,

Ancora non capisco come accelerare la Luna ridurrebbe la sua orbita, da quello che ricordo, più veloce si muove il corpo, più distante è l'orbita ...

— Danubian Sailor,

@ ŁukaszLech Questo è un malinteso, il quadrato del periodo orbitale è uguale al cubo della sua distanza media ( terza legge di Keplero ), ma poiché la dimensione dell'orbita si ridimensiona solo linearmente con la distanza, la velocità si scala come r ^ (- 1 / 2), cioè diminuendo con la distanza.

— Guillochon,

Esempi: a 150 miglia in su, la velocità orbitale è di 17000 mph. A 22000 miglia in su è solo 7000 mph.

— Rory Alsop,

Interessante. Ma quando il corpo sta rallentando, la forza centrifuga si riduce, quindi non è più in grado di eguagliare la gravità e il corpo cade? Questo è ciò che accade ai satelliti a bassa orbita?

— Marinaio danubiano,