Neden bazı uyduların dönme süreleri yörünge dönemlerine eşittir?


9

Ayımız ve Satürn'ün uydusu Titan, bu özelliğe sahip. Bu nedenle ayımızın sadece bir tarafını (hemispere) gözlemliyoruz. Bu neden? Bunu açıklayan Newtoncu veya astrofizik nedir? Zamanla gelen bir çeşit denge gibi gözüküyor, ama anlamıyorum.


Youtube bağlantıları önerilmez, ancak güzel bir basit açıklamadır: youtube.com/watch?v=6jUpX7J7ySo Daha fazla bilgi için Gelgit Kilitleme konusuna bakın.
userLTK

1
Bunu dün merak ediyordum, tuhaf
MCMastery

1
Bu sadece bizim ayımız ve Titanımız değil. Bildiğim kadarıyla, güneş sistemindeki her büyük ay bu davranışı sergiliyor. Gelgit kilitleme güçlü bir fenomendir.
Mark Foskey

Yanıtlar:


14

Bunun cevabı kesinlikle gelgit kuvvetleridir, ancak bu gelgit kuvvetlerinin gelgit kilitlemesiyle nasıl sonuçlandığının kesin mekanizmasını açıklamamaktadır , yani dönme hızı ve devrim nedeniyle yörüngeyle aynı yüzü merkez gövdeye gösteren yörünge gövdesi oran eşittir. Bu mekanizmayı Dünya-Ay sistemini kullanarak tarif edeceğim, böylece spesifik olabilirim, ancak her sistem için eşit derecede geçerlidir.

Başlamak için, gelgit kuvvetleri, bir vücudun dağıtılmış kütlesi boyunca diferansiyel yerçekimi kuvvetlerinin bir sonucudur. Ay bir nokta kütlesi değildir, genişletilmiş bir boyuta sahiptir. Dünya tarafından Ay'daki yerçekimi kuvveti mesafeye bağlıdır (her şey için yerçekimi kuvveti gibi). Bunun anlamı, Ay'ın Dünya'ya bakan tarafında yerçekimi kuvvetinin daha güçlü olması ve Ay boyunca Dünya'ya karşı tarafa ilerledikçe, yerçekimi kuvvetinin zayıflamasıdır. Bu, Dünya'nın karşı tarafının, hala Dünya'ya doğru çekilirken, güçlü veya yakın çekilmemesi, Ay'ın Dünyaya bakan tarafının Dünya'ya daha güçlü ve daha yakın çekildiği anlamına gelir. Sonuçta, bu Ay'ın deforme olmasına neden oluröyle ki hafifçe yassılaşacak ve Dünya yönünde uzayacak. Yüzeyin bu bükülmesi gelgitler olarak bilinir.

Şimdi, Ay'ın şu anda Dünya ile gelgit kilitli olmadığını ve aslında yörüngeden biraz daha hızlı döndüğünü varsayalım. Dünya Ay'da gelgitlere neden oluyor ve Ay kendi ekseninde dönüyor. Gelgit kuvvetlerinin neden olduğu gelgitler, gelgit kuvvetlerinin uygulandığı yön olduğundan Dünya-Ay çizgisiyle hizalanmış kalmak istiyor. Bununla birlikte, Ay'ı deforme etmek zaman ve çok fazla enerji gerektirir. Ay deforme olduğunda, dönecek ve gelgit deformitesini onunla birlikte çekmeye çalışacak, gelgit şişmesini etkili bir şekilde Dünya-Ay çizgisinin önüne taşıyacak. Dünya, gelgit şişmesini tekrar çizgiye çekmeye çalışmak için hala Dünya-Ay çizgisi boyunca gelgit kuvvetini uyguluyor. Gelgit şişkinliğini geri çekmeye çalışan bu sabit kuvvet (veya Ay çok yavaş dönüyorsa ileri) Ay'ı yavaşlatmak için momentum transferine izin verir (veya çok yavaşsa hızlandırın). Buradaki ana nokta, gelgit kilidinin bir denge durumu olmasıdır, çünkü Ay çok yavaş veya çok hızlı dönüyorsa, Dünya gelgit şişmesini Dünya-Ay çizgisine çekmeye çalışırken, gelgit oluncaya kadar Ay'ın dönüş hızını değiştirecektir kilitli. Gelgit kilitlendiğinde, gelgit şişkinliği her zaman Dünya-Ay çizgisi boyunca olacak ve bu kuvvet kaybolacak. gelgit şişkinliğini Dünya-Ay çizgisine çekmeye çalışan Dünya, gelgit kilitleninceye kadar Ay'ın dönüş oranını değiştirecektir. Gelgit kilitlendiğinde, gelgit şişkinliği her zaman Dünya-Ay çizgisi boyunca olacak ve bu kuvvet kaybolacak. gelgit şişkinliğini Dünya-Ay çizgisine çekmeye çalışan Dünya, gelgit kilitleninceye kadar Ay'ın dönüş oranını değiştirecektir. Gelgit kilitlendiğinde, gelgit şişkinliği her zaman Dünya-Ay çizgisi boyunca olacak ve bu kuvvet kaybolacak.

Bu, cevabın yaklaşık yarısını kapsıyor. Ay'ı Dünya'ya gelgit kilitlemeye çalışırken, iki zaman periyodunu düşünmelisiniz. Önceki paragrafta tartışılan birincisi, Ay'ın kendi ekseni etrafında dönme süresidir. Diğeri Ay'ın Dünya çevresindeki devrim zamanıdır. Her ikisi de eşleşmelidir. Önceki paragraf Ay'ın kendi ekseni etrafındaki dönüş zamanının nasıl etkilenebileceğini açıklamıştı, ancak Ay'ın Dünya çevresindeki devrim zamanını etkilemenin bir yolu da var. Neyse ki, bu yukarıdakiyle neredeyse aynı bir mekanizma ile. Gerçekte, Ay ayrıca Dünya'da gelgit çıkıntılarına neden olur ve Dünya dönüyor olduğundan bu gelgit çıkıntıları doğrudan Dünya-Ay çizgisiyle hizalanmaz. Dünyadaki bu hizalanmamış gelgit kabarması, enerjiyi Ay'ın yörünge hızına transfer eder, hızlanmasına veya yavaşlamasına neden oluyor. Bu arada, açısal momentumu koruyarak, bu mutlaka Ay'ın bizden küçük ama kalıcı bir oranda kaymasına neden olur.

Özetle, gelgit kuvvetleri gelgit kilitlenmesine neden olur, ancak uzun bir süre boyunca bir denge bulunana kadar hem Ay'ın yörünge hızını hem de dönüş hızını etkileyen karmaşık ve yavaş kuvvetler yoluyla gerçekleşir. Bu denge gelgit kilitlemesidir.


Bu herhangi bir sistem için geçerliyse, Dünya nihayetinde Güneş'e gelgit kilitli olacağı anlamına mı geliyor?
Liren

2
@Liren Evet, çok daha uzun sürecek. Aslında, Dünya ilk olarak gelgitle Ay'a kilitlenecektir.
Mark H

Hangi ülkelerin ayı göreceğini merak ediyorum ... ne turistik! :)
NikoNyrh

@ Liren Teknik olarak sadece Dünya / Güneş olsaydı olabilir. Sorun şu ki, Jüpiter gibi Dünya'da gözle görülür yerçekimsel bozulmalara sahip olan ve gelgit kilitleme dengesine ulaşmamızı engelleyen birçok gezegenimiz var. Ancak, gezegenin yıldızlarına gelgitle kilitlendiğini görüyoruz, örneğin Merkür (Ay gibi 1: 1 yerine 2: 3 rezonansta olsa da) veya yakın zamanda açıklanan TRAPPIST-1 sistemindeki gezegenler.
zephyr

@NikoNyrh Muhtemelen hiçbiri. Dünyanın Ay'a gelgitle kilitlenmesi 50 milyar yıl kadar süreceği tahmin edilmektedir (Ay'ın Dünya üzerindeki etkileri daha erken yapmak için çok küçüktür) ve Güneş Sisteminin o zamana kadar çoktan gideceğini biliyoruz. Güneş yaklaşık 5 milyar yıl içinde Kızıl Dev'e gidecek.
zephyr

3

Basit cevap: yerçekiminin ikincil etkisi olan gelgit kuvvetleri. Ay, dünyadaki okyanusların düşük ve yüksek gelgitlerine neden olduğu gibi, Dünya'nın Ay'da da benzer bir etkisi vardır.

Kuvvet aynı kökenlidir, ancak Dünya'nın kütlesi nedeniyle çok daha güçlüdür. Bu gelgit kuvvetleri, Ay'daki dönüşte bir torka neden olur ve bu yüzden Dünya'ya sadece aynı yüzü gösterir.

Eğlenceli gerçek, Pluto ve sadece ay Charon gelgit kuvveti nedeniyle yörüngeleri sırasında sadece bir yüz gösterir. Ayrıca gelgit kuvvetleri de Dünya'nın dönüşünü yavaşlatıyor.


Gelgit kuvvetleri asimetriye bağlı mı? IOW, eğer ay her yerde daha mükemmel simetrik olsaydı, gelgit kuvvetleri hala var olacak mı ya da aynı etkiye sahip mi?
0tyranny 0poverty

Kütle ve yerçekimi kuvvetinin sabit olmayan doğasına bağlıdırlar. Yani, iki cisim arasındaki çekimsel çekim, birbirlerine bakan taraflarda daha güçlüdür. Umarım yardımcı olur.
Rumplestillskin

@ 0tyranny0poverty Sırala. Ay'ın kütle dağılımını mükemmel bir şekilde simetrik hale getirebilirseniz (ay kütle dağılımı kötü bir şekilde düzensizdir ) Ay'ın dönme dönemindeki değişim oranını azaltacaktır, ancak gelgit kuvvetleri yüzeyde asimetri oluşturur: gelgit çıkıntısı. Gelgit kilidinin etkisini ortadan kaldırmak için mükemmel bir rijit gövdeye sahip olmanız gerekir ve bu fiziksel olarak imkansızdır.
PM 2Ring

1
@ 0tyranny0poverty Ben bunun halkalar yanı sıra çok sayıda ay ile karmaşık bir sistem olduğundan şüpheleniyorum. Bu, yerçekimi etkilerinin kaotik bir karışımı ile sonuçlanır ve bir uydunun senkronize edilmesi biraz zaman ve şans alır.
Barmar

2
@ 0tyranny0poverty Çünkü gelgit kuvvetleri diferansiyel yerçekimi kuvvetlerinin bir sonucudur . Temel olarak Newton'un yerçekimi yasasını ayırt etmeniz gerekir, bu da gelgit kuvvetinin orantılı olmasına neden olur.r-3. Daha fazla ayrıntı için wiki sayfasına bakın.
zephyr
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.