Gelgit ısıtması Io'nun yörüngesini nasıl azaltabilir?

Bu cevap soru için Is Io sihirli enerji makinesi? , eliptik yörüngesinde Jüpiter'den döngüsel olarak daha yakın ve uzaklaştıkça, gelgit "fışkırtma" nedeniyle Io'nun iç ısıtmasından gelen enerjinin, Io'nun yörüngesinin enerjisinden geleceğini ileri sürmektedir . Daha düşük bir enerji yörüngesi mutlaka daha küçüktür ve bu aslında hızın daha büyük olacağı anlamına gelir. (Bir uydunun yörüngesini daha yüksek bir rakama yükseltmek istediğinizde, aslında yavaşlatmak için hareket yönünde itme kullanırsınız .)

Gelgit kuvvetleri karmaşık biraz olduğu göz önüne alınırsa (bkz Ay nedeniyle gelgit Dünya'dan uzaklaştığını Neden? Diğer aylar için bu tipik mı? ), Öyle önsel o neden ısıtma Io yörüngesinden düşürmek kesindir hızlandırmak ? (Dünya'nın Ay'ın gerilemesinin kısmen Dünya'nın sıvı okyanusundan kaynaklandığını ve Jüpiter'in bir gaz devi olduğunu düşünün .) Sadece azalacak perijove mu yoksa yarı ana eksen mi?

Radyal bir kuvvet (görünüşte, safça) nasıl teğetsel bir ivmeye neden olabilir? Io edilir tidally kilitli Jüpiter böylece kendi ekseni etrafında dönme Jüpiter etrafındaki dönüşüne senkron olduğunu.

edit: fwiw Io ve Jüpiter'in diğer uydular arasındaki yerçekimi etkileşimleri sorunun kolayca cevap veremeyecek kadar karmaşık olmasına neden olursa, gelgit ısıtmanın temel dinamikleri ve tek bir ayın yörüngesi üzerindeki etkilerle ilgileniyorum. durum.

Gelgit ısıtması Io'nun yörüngesini nasıl azaltabilir?

En azından ilk sipariş vermiyor. Birinci dereceden etki, gelgit ısıtmanın Io'nun yörüngesini dairesel hale getirmesidir. Buna karşılık, Europa ve Ganymede ile yörünge rezonansları, Io'nun yörüngesini daha eliptik hale getirmek için harekete geçer. Bu hoş bir histerezis döngüsüne yol açar.

$k_2$$Q$

Io'nun yörüngesi sirkülasyona yaklaştıkça bu soğutulması, sürekli mevcut rezonans etkilerinin artık daireselleştirici etkilere hakim olmasını sağlar. Io'nun yörüngesi yavaşça daha eliptik hale gelir. Bu eliptik yörünge, soğuk, sert Io üzerindeki gelgit streslerini arttırır, sonunda ısınmaya ve daha plastik hale gelmeye başlar. Yörünge daha eliptik büyüdükçe ve Io'nun içi daha esnek ve daha plastik hale geldikçe, daireselleştirme etkileri büyür. Nihayetinde daireselleştirme etkileri yörünge rezonans etkisi üzerinde baskın olur ve döngü tekrarlanıncaya kadar Io'nun yörüngesini daha dairesel hale getirir.

Durulayın ve en azından Io, Europa ve Ganymede arasındaki üç yollu yörünge rezonansı devam ettiği sürece tekrarlayın. Üç yönlü gelgit rezonansının ne kadar süredir var olduğu ve ne kadar süreceği bildiğim kadarıyla bilinmiyor.

David Hammen'in yanıtı, Io'nun yörüngesinin zamanla nasıl geliştiğine dair birçok ilginç ayrıntıyı içeriyor (ve şu anda Io'nun yörüngesi son derece dairesel olmasına rağmen Io'nun neden hala volkanik olabileceğini açıklıyor ). Ayrıca Io tamamen gelgitle kilitlenmiş olsaydı, başka hiçbir ay olmadan o zaman ısınmayacağını ve yörüngesinin değişmeyeceğini, bu da sorgulayıcının en çok merak ettiği şey olduğunu açıklıyor. Belki de geriye kalan tek soru şu olabilir, neden dairesel bir yörüngede olan ancak doğru oranda dönmeyen bir ay yörüngesinin değiştiğini buluyor?

Bunun için, ay yörüngesinden daha hızlı dönüyorsa, ayın şeklinin gelgit eşpotansiyeline yanıtındaki gecikme, çıkıntılarının "noktalarının" gezegene hizalanmadan öne çıkacağı anlamına gelir. . Bu yerçekiminden dönmesini yavaşlatan bir tork üretir. Tersi yörüngesinden daha yavaş dönüyorsa tutar. Böylece spin gelgit kilitlenir ve bununla ilişkili bir ısıtma vardır. Ancak gezegen-ay sistemi (diğer uyduları görmezden gelmek) açısal momentumu korumalıdır, bu yüzden eğer spin yavaşlarsa, açısal momentum başka bir yerde görünmelidir - yörüngede görünür. Bu yüzden yörüngenin enerjisini düşünmek yerine (ısı oluşturulduğu ve dönüşler değiştiği için korunmaz), spin artı yörüngenin açısal momentumunu düşünün.

Io gelgitle kilitli olmadığından, ya da kilitlenmeden önceki tarihinde yapmıyor, biri ya da diğeri yapardı. Dünya ve Ay'a gelince, Ay gelgitle kilitlendi, ancak Dünya Ay'ın yörüngesinden daha hızlı dönüyor, bu yüzden Dünya'nın şişkinlikleri Ay'ın önüne çıkıyor ve Ay bizim dönüşümüzü yıkıyor. Bu açısal momentum kaybı Ay'ın yörüngesine girmelidir, bu yüzden Ay bu yüzden uzaklaşıyor.

Enerji açısından düşünürseniz, o zaman Dünya'nın Ay'ın yerçekimi tarafından ısıtıldığını görürsünüz. Ayrıca, Ay'ın yörüngesi enerjide artıyor. Yani her ikisi için de bir kaynak olmalı ve bu Dünya'nın dönüşündeki enerjidir. Burada, Dünya'nın yaydığı ısı, Ay'ın yörüngesinden nasıl çıkabileceği hakkında hiçbir soru yoktur, çünkü aslında yörünge enerjisi artıyor. Spin enerjisinin hem ısıtma hem de yörüngeye nasıl girebileceği daha açıktır, çünkü hem ısıtma hem de yörünge etkilerine neden olan kuvvetleri yaratan spintir. Benzer şekilde, bir ay kendi yörüngesinden daha hızlı dönüyorsa, o dönüş, ayda dönüşünü yavaşlatan kuvvetler yaratır ve bu enerjinin bir kısmı ayı ısıtmaya başlar ve bazıları kendi yörüngesini kaldırmaya gider (açısal momentumu korumak için) ).