Mikä olisi erilaista meille, jos Maa ja Kuu pyöritäisivät toistensa ympäri, kuten Pluto ja Charon tekevät?
Mikä olisi erilaista meille, jos Maa ja Kuu pyöritäisivät toistensa ympäri, kuten Pluto ja Charon tekevät?
He tekevät , mutta koska massojen suhde on huomattavasti erilainen, näyttää siltä, etteivät he tekisi niin, koska kuu näyttää pyörivän juuri maapallon (keskipisteen) ympäri.
Maan ja Kuun massojen suhde on $ \ frac {M_ {Earth}} {M_ {Moon}} = 81,3 $, kun taas Pluton ja Charonin sama suhde on $ \ frac {M_ {Pluto}} {M_ {Charon}} = 8,09 $.
Koska Pluton ja Charonin suhde on suhteellisen pieni, järjestelmän keskipiste - barycenter , jonka ympärillä nämä kaksi kehoa kiertävät - on jonnekin linjalla, joka on piirretty kahden taivaankappaleen massakeskuksen väliin. Mutta maapallon ja kuun osalta, koska maa on suhteellisesti paljon painavampi, järjestelmän barycenter ei ulotu maan ulkopuolelle, vaan on noin 4500 kilometrin päässä maapallon keskustasta (katso myös alla oleva kuva):
Tapauksissa, joissa toinen esineistä on huomattavasti massiivisempi kuin toinen (ja suhteellisen lähellä), barycenter sijaitsee tyypillisesti massiivisemman kohteen sisällä. Sen sijaan, että näytettäisiin kiertävän yhteistä massakeskipistettä pienemmän rungon kanssa, suuremman yksinkertaisesti katsotaan "heiluvan" hieman. Näin on maa – kuu -järjestelmässä, jossa barycenter sijaitsee keskimäärin 4671 km päässä maapallon keskustasta , hyvin planeetan säteellä 6378 km. Lähde: Wikipedia - Barycenter
Tämän vuorottelujärjestelmän tärkein vaikutus on, että Maa näyttää "huojuvan" kiertoradallaan, kuten yllä olevassa Wikipedian lainauksessa mainitaan.
@JeppeStigNielsen kertoo alla olevissa kommenteissa hyvän vuorovesi-lukituksen eroista. Maa-Kuu-järjestelmässä vain Kuu on lukittu siististi (mikä saa meidät näkemään vain yhden sen kasvot, siis vain noin puolet siitä maapallolta), kun taas Pluto-Charonissa molemmat kehot ovat lukkiutuneet siististi. Maapalloa ei ole lukittu tavallisesti sen ja Kuun välisen suuremman massasuhteen takia, mutta pienempi massa-suhde Pluto-Charon-järjestelmä on, koska pienempi massa Charon on hitaasti muuttanut Pluton pyörimistä vastaamaan sen kiertoradan liikettä.
Pluto-Charon-pariskunta ei ole kiertoratojen suhteen laadullisesti erilainen kuin Maa-Kuu-pariskunta. Kuten muissa vastauksissa todettiin, molemmissa kappaleissa pyörii toistensa ympäri, ts. Niitä voidaan parhaiten kuvata kiertäviksi barycentrensa ympärillä.
Fyysisemmin sanottuna referenssi keskittyy maa-kuu-järjestelmä on "enemmän galilealainen" kuin maapallon geometriseen keskukseen keskittynyt referenssi: jos teet tarkkoja fyysisten järjestelmien mittauksia maapallolla, näet jonkin verran "värinää", joka osoittaa, että maapallo ei ole oikeastaan galilealainen. Suurin osa tästä johtuu maapallon pyörimisestä (värinän tunnetuin esittäjä on Foucault'n heiluri), mutta vaikka ottaisit huomioon pyörimisen, saat silti joitain jäännöshäiriöitä, jotka johtuvat maapallon vallankumouksesta maa-kuu-barycentre. (Ja jos korjaat nämä, saat silti jonkin verran maapallon kierrosta Auringon ympärillä - oikeastaan, maapallon kierros aurinkokunnan barycentren ympärillä - ja sitten jotkut galaksin pyörimisen takia jne. , mutta niiden havaitseminen on yhä vaikeampaa.)
Kun kaksi pyöreää elintä kiertää toisiaan, heillä on taipumus mennä "vuorovesilukitukseen": niiden yksilöllinen pyörimisnopeus synkronoituu vallankumouksen kanssa, niin että hyvin , nämä kaksi kehoa pitävät aina saman pallonpuoliskon toisiaan kohti. Pluto ja Charon ovat siinä vaiheessa. Kuu on myös lukittu maasta maaperään: näemme aina saman pallonpuoliskon (itse asiassa näemme hieman yli puolet Kuusta, koska se heiluttaa hieman). Maapalloa ei ole vielä lukittu ... vielä. Mutta lopulta se tulee olemaan.
Maan ja Kuun todellakin kohdistetaan vuorovesi voimia toisiinsa. Tämä on helpoin selittää kiertoradan nopeudella: kun hyvin pieni satelliitti kiertää suuren planeetan ympärillä, sen on mentävä satelliitin korkeudesta riippuvalla nopeudella: mitä kauempana satelliitti on, sitä hitaammin se kulkee (esim. Matalalla kiertoradalla olevat satelliitit zoomaus noin 8 km / s, kun kuu liikkuu rauhallisesti noin 1 km / s). Mutta kuu on melko iso: sen säde on hieman yli 1700 km. Tämä tarkoittaa, että jos Kuun keskusta kulkee kiertoradalle sopivalla nopeudella, Kuun toisella puolella olevat kivet ovat 1700 km kauempana maasta ja ovat siten hiukan liian nopeita tälle kiertoradalle, joten he haluavat lähteä . Samoin kuun lähisivun kivet ovat 1700 km lähempänä maata ja menevät siten liian hitaasti: niillä on taipumus "pudota" kohti maata.
Ilmiö on symmetrinen: maa kokee myös kuun vuorovesi-voimia. Itse asiassa sekä maapallolla että kuulla on vuorovesivoimia gravitaatiomaa-kuu-pariskunnalta. Tästä syntyy vuorovesi, jossa vesi liikkuu vasteena voimiin; kivet eivät johdu siitä, että ne ovat kiviä, ts. ne eivät ole kovin juoksevia normaaleissa olosuhteissa - ne haluaisivat liikkua, mutta ovat liian jäykkiä tehdäkseen niin.
Vuorovesivoimat ovat jotenkin vastakkaisia maapallon pyörimiselle nopeammin. kuin 27 päivää maapallo-kuu-vallankumoukselle, ja pyörimisenergia haihtuu hitaasti: osa siitä sattuu ruiskuttamaan maa-kuu-gravitaatiokytkentään, joka ajaa ne erilleen toisistaan (se on mitattu avaruuskoettimet ja Apollo-tehtävät: kuu pakenee meitä noin 38 mm vuodessa); loput menetetään liikkuvan veden kitkasta, mikä lopulta muuttuu avaruuteen säteileväksi lämmöksi.
Bottom line: Maan kierto hidastuu. Esimerkiksi päivä olisi kestänyt noin 22 tuntia dinosaurusten (suurten, ei lintujen) aikaan. Hidastuminen tunnetaan ajansäätöpiireissä nimellä ΔT.
Kuitenkin ...
Vaikka Maapallo lukkiutuu kuuhun myöten, vuorovesi on edelleen olemassa (ainakin, jos tuolloin on vielä nestemäistä vettä, mikä ei ole itsestäänselvyys, koska Auringon energiantuotannon ennustetaan laskevan jyrkästi 5 miljardin vuoden kuluttua) . Itse asiassa aurinko-maa-pariskunta tuottaa myös vuorovesivoimia. Maapallon ja kuun vuorovesi on noin kaksi kertaa voimakkaampi, joten kuun aiheuttama vuorovesi on isompi, mutta vuoroveden ollessa lukittuna meidän on silti todistettava auringon aiheuttamia vuorovesiä - mutta pienemmässä mittakaavassa.
(Ilman Kuua maapallo lopulta lukkiutuu aurinkoon ja 365 päivän kiertoon - tietysti käyttämällä päivän pituutta. En ole täysin selvä siitä, mitä Aurinko-Maa-Kuu-järjestelmästä tulisi hyvin pitkällä aikavälillä; mutta näyttää siltä, että tämä on edelleen hyvin avointa tutkimusta etenkin siksi, että sekoituksessa on muita planeettoja, mikä johtaa hyvin monimutkaiseen tilanteeseen.)
TLDr-vastaus:
Molemmat vastaukset ovat erittäin hyviä. Harkitse vielä muutamia yksityiskohtia, jos haluamme tarkastella kaikkia mitä jos tässä hauskassa mutta hassussa skenaariossa.
Jo mainittiin, että koon suhde on 8: 1, ei 81: 1, joten Ensinnäkin, Charon, kuten Moon, olisi paljon suurempi taivaalla. Kuu, jonka massa on noin 10-kertainen ja jonka tiheys on hieman suurempi pienen tiivistämisen takia, olisi edelleen 2,1 kertaa suurempi poikki, olettaen saman etäisyyden, mikä tekisi sen 4 kertaa kirkkaammaksi yötaivaalla. Täysikuu olisi varsin vaikuttava. Ehkä (vain tuskin) tarpeeksi kirkas lukemaan, jos se olisi suuri oppikirja. (jotkut ihmiset väittävät pystyvänsä lukemaan kuuvaloa nyt, useimmat ihmiset eivät voi, mutta 4 kertaa kirkkaammin täysikuu saattaa olla vain tarpeeksi kirkas.
Aurinkovarjous tiheytyy ja kestää noin kaksi kertaa niin kauan ja saatat ajatella, että maapallo olisi hiukan kylmempi, koska kuu estää jonkin auringonvalon, mutta kuu, uskokaa tai älkää, säteilee maapallolla enemmän lämpöä kuin estää, koska meitä vastapäätä oleva valaistu kuu on lähes 400 astetta F ruuhka-aikoina päivällä, eikä ole vaikea nähdä, että pinta, josta lämpötila tulee, säteilee lämpöä. Ei paljon, mutta joitain. Kysymys siitä täällä, joten vähän yli 4 kertaa energia pimennyshäviöt), noin 1 / 2500th auringon lämpöä, saattaa toimia 1/10-asteeseen yöllä täysikuun aikana. Ei paljon, varmasti, mutta mitattavissa kaikille, joilla on tarpeeksi herkät instrumentit. kuun koko olisi tietysti huomattavampi kuin noin 1/10 lämpötilan astetta (C ei F).
Tämän massan kuu hidastaisi maapallon kiertämistä huomattavasti nopeammin, jo mainittiin, mutta tämä on jouduttava miettimään. Kun kuu muodostui, se oli paljon lähempänä maata, noin 3-5 kertaa maan säteen päässä. Lähde. Se on kukkulan pallonpuoliskon ulkopuolella, ja kuun muodostuminen jätti maapallon pyörimään hyvin nopeasti, joten vaikutukset (nopeasti pyörivä maa, erittäin voimakkaat kuun vuorovesi) olisivat edelleen olemassa, mutta kuun vuorovesi olisi 10 kertaa suurempi, joten etsimme maanjäristyksen tasolla vuorovesi, kun kuu, 10 kertaa massa, oli 3-5 maan säteen päässä. Kuu, koska muodostumisen aikana sillä ei olisi paljon kulmamomenttia, asettui nopeasti maastoon kiertävään pyörimiseen. Kymmenen kertaa suurempi vuorovesi-vaikutus maapalloon aiheuttaisi (karkeasti) 10-kertaisen maapallon nousun, joka työntäisi Kuun pois maasta noin 10 kertaa nopeammin, mutta samalla vuorovesi hidastuisi maapallo olisi myös 10 kertaa niin suuri (oletan, että se vastaa noin 10 kertaa nopeammin).
Joten Kuu ja Maa seuraisivat järjestelmää, jossa ne ovat, mutta se etenisi noin 10 kertaa niin nopeasti kuun kanssa, jonka massa on 10 kertaa. Arvion mukaan (tässä) kestää noin 50 miljardia vuotta, ennen kuin Kuu hidastaa maapalloa riittävän paljon vuorovesilukitukseen, joten jaa, että 10: llä olisimme tänään hyvin lähellä vuorovesiä. Maa pyörii hyvin hitaasti. Kuu olisi myös (todennäköisesti) hieman kauempana maasta ja todennäköisesti kiertorata aurinkohäiriöiden takia, ja ehkä pakeni kokonaan. Tämä on monimutkainen matematiikka, jota en halua yrittää (Kuun nykyisessä massassa Aurinko menee Punaiseksi jättiläiseksi kauan ennen kuin Kuu pääsee pakenemaan tai maapallo lukkiutuu siististi, mutta Kuu on 10 kertaa niin massiivinen, että luultavasti ei enää ole tapaus ja joko kuu on poissa tai kuu on kauempana, sillä on pitempi kiertorata, ja maapallo on tai on lähellä lukittua myrkyllisesti. Jos kuu pakenee, meillä olisi lähellä maata kiertorata valtava koko, joka voi myöhemmin törmätä meihin tai kääntyä maapallon ohitse ja kiertää kiertorataamme - joko vaikutus tai yksinkertaisesti se, että ei ole kuuta, olisi valtava.
Keskustelu kuusta / maanpääsystä vs vuorovesilukko täällä
Jos oletamme, että vuorovesi on täysin lukittu, 29,5 päivää (synodinen, ei sivutodellinen) ja kuu hieman kauempana, joten saatamme katsoa 30: n ja 40: n päivän välillä yhtä maankierrosta varten, 20 päivää auringonpaistetta, 20 päivää yötä. Se aiheuttaisi ehdotonta tuhoa sääjärjestelmissä ja vuodenajoissa. Päivästä yöhön olisi suurempi vaikutus kuin kesällä vs talvella, ja kesäpäivät olisivat paahtavia, vaikka joillakin alueilla sateet saattavat johtua hienosta. Evoluutio voisi todennäköisesti sopeutua siihen, mutta se ei kuulosta minulle hauskalta. Etäisyys saattaa tehdä kuusta vain 3 kertaa kirkkaampaa yötaivaalla 4. sijasta. Saisit edelleen 6 kuukautta aurinkoa ja 6 kuukautta yötä pylväillä, mutta suurimmalle osalle maapalloa tämä olisi radikaali muutos, jonka päivät ja yöt olisivat niin pitkiä.
Muut mahdolliset vaikutukset, Obliquity (ei kuuta, ehkä suurempi, suurempi jääkauden kuljettaja), katso täältä. Lisäksi, jos maapallolla oli edelleen kuu, mutta kuu oli pitkänomaisella kiertoradalla, meillä olisi silti vuorovesi, kun kuu siirtyi sisään ja ulos appogee ja perogee. katso kuva
Viimeinen rivi, vaikka emme ehkä anna ajatteli paljon, erikokoinen kuu muuttuisi varsin paljon. Pienempi kuu siirtyisi pois maasta hitaammin ja maapallolla voisi olla toinen kuut ehkä vangitsemalla, jos kuu olisi pienempi, myös meillä voi olla aggressiivisempia jääkautta ja ilmastonmuutoksia suuremman kaltevuuden vaihtelun vuoksi, ja olettaen, että jättimäinen vaikutus tapahtuu edelleen samalla tavalla, mutta pienempi määrä roskia (mikä ei ole järkevää, mutta antaa teeskennellä), niin pienempi kuu ei olisi hidastanut maapallon pyörimistä niin paljon ja maa saattaa pyöriä melko vähän nopeammin, 10 tai 15 tunnin päivät 24 sijasta. Vaikutukset olisivat melko merkittäviä.