Nếu Trái đất và Mặt trăng xoay quanh nhau như Sao Diêm Vương và Charon thì sao?

Điều gì sẽ khác với chúng ta nếu Trái đất và Mặt trăng xoay quanh nhau như Sao Diêm Vương và Charon làm gì?

Họ làm như vậy , nhưng do tỷ lệ khối lượng khác nhau rất lớn, nên dường như họ sẽ không làm như vậy vì mặt trăng dường như chỉ xoay quanh (trung tâm) Trái đất.

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

Bởi vì tỷ lệ của Sao Diêm Vương và Charon tương đối nhỏ, trung tâm của hệ thống - barycenter, xung quanh đó hai quỹ đạo của cơ thể - nằm ở đâu đó trên một đường thẳng giữa hai trung tâm thiên thể. Nhưng đối với Trái đất và Mặt trăng, vì Trái đất nặng hơn tương đối nhiều, barycenter của hệ thống không đến được bên ngoài Trái đất, mà thay vào đó cách trung tâm Trái đất khoảng 4.500 km (cũng xem hình dưới đây):

Trong trường hợp một trong hai đối tượng có khối lượng lớn hơn đáng kể so với đối tượng kia (và tương đối gần), barycenter thường sẽ nằm trong đối tượng lớn hơn. Thay vì xuất hiện trên quỹ đạo một trung tâm khối lượng chung với cơ thể nhỏ hơn, lớn hơn sẽ chỉ đơn giản được nhìn thấy để "lắc lư" một chút. Đây là trường hợp của hệ thống Moon Moon Moon, nơi barycenter nằm cách trung tâm Trái đất trung bình 4.671 km , trong bán kính 6.378 km của hành tinh. Nguồn: Wikipedia - Barycenter

Tác động chính của hệ thống đồng quay này là Trái đất dường như "chao đảo" trên quỹ đạo của nó, như đã đề cập trong đoạn trích từ Wikipedia ở trên.

@JeppeStigNielsen đưa ra quan điểm tốt về sự khác biệt trong khóa thủy triều trong các bình luận bên dưới. Trong hệ Mặt trăng-Trái đất, chỉ có Mặt trăng bị khóa chặt (khiến chúng ta chỉ nhìn thấy một mặt của nó, do đó, chỉ bằng một nửa của nó, từ Trái đất), trong khi ở Pluto-Charon cả hai cơ thể đều bị khóa chặt. Trái đất không bị khóa chặt vì tỷ lệ khối lượng cao hơn giữa nó và Mặt trăng, nhưng hệ thống Pluto-Charon có tỷ lệ khối lượng thấp hơn, vì Charon có khối lượng thấp hơn đã dần thay đổi vòng quay của Sao Diêm Vương để phù hợp với chuyển động quỹ đạo của nó.

Trên baryentres

Cặp đôi Pluto-Charon không khác biệt về chất với cặp đôi Trái đất-Mặt trăng liên quan đến quỹ đạo. Như đã được chỉ ra trong các câu trả lời khác, trong cả hai trường hợp, hai cơ thể xoay quanh nhau, tức là chúng được mô tả tốt nhất là quay quanh quỹ đạo của chúng.

Nói một cách vật lý hơn, tham chiếu tập trung vào hệ nhị phân của hệ Mặt trăng Trái đất là "nhiều Galilê" hơn so với trung tâm tham chiếu trên trung tâm hình học Trái đất: nếu bạn thực hiện các biện pháp chính xác cao của các hệ vật lý trên Trái đất, bạn sẽ thấy một số " jitter "cho thấy Trái đất không thực sự là Galilê. Hầu hết trong số đó là do vòng quay Trái đất (jitter được thể hiện nổi tiếng nhất bởi con lắc của Foucault) nhưng ngay cả khi bạn tính đến vòng quay, bạn vẫn nhận được một số nhiễu loạn còn lại đến từ cuộc cách mạng của Trái đất xung quanh barycentre Trái đất-Mặt trăng. (Và nếu bạn sửa những cái này, bạn vẫn nhận được một số do cuộc cách mạng Trái đất quanh Mặt trời - thực sự, cuộc cách mạng của Trái đất quanh hệ mặt trời barycentre - và sau đó là do sự quay của Thiên hà, v.v. , nhưng chúng ngày càng khó phát hiện.)

Về thủy triều

Khi hai cơ thể tròn quay quanh nhau, chúng có xu hướng đi vào "khóa thủy triều": tốc độ quay cá nhân của chúng sẽ đồng bộ với cuộc cách mạng, do đó, tốt , hai cơ thể luôn giữ cùng một bán cầu về phía nhau. Sao Diêm Vương và Charon đang ở bước đó. Mặt trăng cũng bị khóa chặt với Trái đất: chúng ta luôn thấy cùng một bán cầu (thực tế chúng ta thấy một nửa nhỏ hơn một nửa Mặt trăng, vì nó chao đảo một chút). Trái đất chưa bị khóa chặt ... chưa. Nhưng cuối cùng nó sẽ được.

Thật vậy, Trái đất và Mặt trăng tác động lực thủy triều lên nhau. Điều này được giải thích dễ dàng nhất bằng cách xem xét tốc độ quỹ đạo: khi một vệ tinh rất nhỏ quay quanh một hành tinh lớn, nó phải đi với tốc độ phụ thuộc vào độ cao của vệ tinh: vệ tinh càng đi xa, càng chậm (ví dụ: vệ tinh có quỹ đạo thấp phóng to khoảng 8 km / s, trong khi Mặt trăng đi với tốc độ 1 km / giây nhàn nhã). Nhưng Mặt trăng khá cồng kềnh: bán kính của nó dài hơn 1700 km. Điều này có nghĩa là nếu trung tâm của Mặt trăng đi với tốc độ phù hợp với quỹ đạo của nó, thì những tảng đá ở phía xa của Mặt trăng cách Trái đất 1700 km, và do đó, một chút quá nhanh cho quỹ đạo đó, vì vậy chúng muốn rời đi . Tương tự, các tảng đá ở gần mặt trăng cách Trái đất 1700 km, và do đó đi quá chậm: chúng có xu hướng "rơi" về phía Trái đất.

Hiện tượng này là đối xứng: Trái đất cũng trải qua các lực thủy triều từ Mặt trăng. Trên thực tế, cả Trái đất và Mặt trăng đều trải qua lực thủy triều từ cặp đôi Trái đất-Mặt trăng hấp dẫn. Điều này gây ra thủy triều, nơi nước di chuyển xung quanh để đáp ứng với các lực lượng; đá không phải vì chúng là đá, tức là không lỏng lắm trong điều kiện bình thường - chúng muốn di chuyển, nhưng quá cứng nhắc để làm như vậy.

Các lực thủy triều bằng cách nào đó trái ngược với Trái đất quay nhanh hơn 27 ngày đối với một cuộc cách mạng Mặt trăng Trái đất và năng lượng quay chậm dần bị tiêu tan: một số trong đó xảy ra được đưa vào khớp nối hấp dẫn Trái đất-Mặt trăng, khiến chúng tách rời nhau lẫn nhau (nó đã được đo nhờ các gương phản xạ từ tàu thăm dò vũ trụ và các sứ mệnh của Apollo: Mặt trăng đang chạy trốn chúng ta với tốc độ khoảng 38 mm mỗi năm); phần còn lại bị mất trong ma sát từ nước di chuyển, do đó cuối cùng chuyển thành nhiệt tỏa vào không gian.

Điểm mấu chốt: vòng quay Trái đất đang chậm lại. Chẳng hạn, một ngày sẽ kéo dài khoảng 22 giờ vào thời điểm khủng long (những con lớn chứ không phải chim). Sự chậm lại được biết đến xung quanh các vòng tròn giữ thời gian là ΔT .

Tuy nhiên...

Ngay cả khi Trái đất bị khóa chặt với Mặt trăng, vẫn sẽ có thủy triều (ít nhất, nếu vẫn còn nước lỏng vào thời điểm đó, điều này không được đưa ra, vì sản lượng năng lượng Mặt trời được dự đoán sẽ giảm mạnh 5 tỷ năm từ giờ). Thật vậy, cặp đôi Mặt trời cũng tạo ra lực thủy triều. Các lực thủy triều trên Mặt trăng Trái đất mạnh hơn khoảng hai lần, do đó thủy triều do Mặt trăng gây ra lớn hơn, nhưng trong tình trạng bị khóa chặt, chúng ta vẫn nên chứng kiến ​​thủy triều do Mặt trời gây ra - nhưng ở quy mô nhỏ hơn.

(Nếu không có Mặt trăng, Trái đất cuối cùng sẽ khóa chặt với Mặt trời và vòng quay 365 ngày - tất nhiên là sử dụng chiều dài của ngày hôm nay trong một ngày. Tôi không hoàn toàn rõ ràng về những gì sẽ trở thành của hệ Mặt trời-Mặt trăng trong về lâu dài, nhưng có vẻ như đây vẫn là nghiên cứu mở rộng rãi, đáng chú ý là vì có các hành tinh khác trong hỗn hợp, dẫn đến một tình huống rất phức tạp.)

Câu trả lời của TLDr:

Cả hai câu trả lời đều rất tốt. Có một vài chi tiết để xem xét nếu chúng ta muốn xem xét tất cả những gì xảy ra trong kịch bản gây cười nhưng kỳ quặc này.

Đã được đề cập, tỷ lệ kích thước là 8 đến 1, không phải 81 đến 1, vì vậy đối với người mới bắt đầu, Charon như Mặt trăng sẽ lớn hơn nhiều trên bầu trời. Mặt trăng, với khối lượng gấp khoảng 10 lần, cho thấy mật độ lớn hơn một chút do một số nén nhỏ, vẫn sẽ lớn gấp 2,1 lần, giả sử cùng một khoảng cách, sẽ làm cho nó sáng gấp 4 lần trên bầu trời đêm. Trăng tròn sẽ khá ấn tượng. Có lẽ (chỉ vừa đủ) đủ sáng để đọc nếu đó là một cuốn sách văn bản lớn. (một số người cho rằng bây giờ có thể đọc được Moonlight, hầu hết mọi người không thể, nhưng sáng hơn 4 lần, trăng tròn có thể đủ sáng.

Nhật thực sẽ trở nên thường xuyên hơn và kéo dài khoảng gấp đôi và bạn có thể nghĩ Trái đất sẽ lạnh hơn một chút do Mặt trăng chặn một số ánh sáng mặt trời, nhưng Mặt trăng, tin hay không, tỏa nhiệt trên trái đất nhiều hơn vì nó chặn thắp sáng mặt trăng đối diện với chúng ta là gần 400 độ F vào ban ngày cao điểm và không khó để thấy rằng một bề mặt có nhiệt độ tỏa ra một chút nhiệt. Không nhiều, nhưng một số. Một câu hỏi về điều đó ở đây, do đó, năng lượng gấp hơn 4 lần (bỏ qua tổn thất nhật thực), khoảng 1/1200 nhiệt từ mặt trời, có thể giảm tới 1/10 độ vào ban đêm khi trăng tròn. Không nhiều, chắc chắn, nhưng có thể đo lường được với bất kỳ ai có dụng cụ đủ nhạy cảm. Độ sáng và kích thước của Mặt trăng rõ ràng sẽ đáng chú ý hơn khoảng 1/10 của nhiệt độ (C không phải F).

Một mặt trăng có khối lượng đó sẽ làm chậm quá trình quay của Trái đất nhanh hơn đáng kể, đã được đề cập, nhưng lần này, chúng ta phải suy nghĩ một chút. Khi Mặt trăng hình thành, nó ở gần Trái đất hơn rất nhiều, gấp khoảng 3-5 lần bán kính Trái đất. Nguồn. Đó là bên ngoài Sphere Hill và sự hình thành của Mặt trăng khiến Trái đất quay rất nhanh nên các hiệu ứng (trái đất quay nhanh, thủy triều rất mạnh) vẫn còn đó nhưng thủy triều Mặt trăng sẽ lớn hơn gấp 10 lần, vì vậy chúng tôi đang tìm kiếm ở mức thủy triều động đất khi mặt trăng, gấp 10 lần khối lượng, cách bán kính 3-5 trái đất. Mặt trăng, vì trong quá trình hình thành, nó sẽ không có nhiều động lượng góc, sẽ nhanh chóng ổn định thành một vòng quay bị khóa chặt quanh Trái đất. Hiệu ứng thủy triều trên Trái đất, lớn hơn gấp 10 lần sẽ gây ra (gấp khoảng 10 lần) thủy triều trên Trái đất sẽ đẩy Mặt trăng ra khỏi Trái đất nhanh hơn khoảng 10 lần, nhưng đồng thời, lực kéo của thủy triều chậm lại Trái đất, sẽ lớn gấp 10 lần (tôi cho rằng tương ứng với tốc độ nhanh gấp khoảng 10 lần).

Vì vậy, về cơ bản, Mặt trăng và Trái đất sẽ đi theo hệ thống mà họ đang ở hiện tại, nhưng nó sẽ tiến hành nhanh gấp khoảng 10 lần với Mặt trăng có khối lượng gấp 10 lần. Ước tính (ở đây) là sẽ mất khoảng 50 tỷ năm để Mặt trăng làm chậm Trái đất đủ để đi vào khóa thủy triều, vì vậy hãy chia cho 10, chúng ta sẽ rất gần với khóa thủy triều ngày nay. Trái đất sẽ quay rất chậm. Mặt trăng cũng có khả năng cách Trái đất một chút và có thể có quỹ đạo chao đảo hơn do nhiễu loạn mặt trời, và có lẽ, đã thoát hoàn toàn. Đây là một phần phức tạp của toán học mà tôi không muốn thử (với khối lượng hiện tại của Mặt trăng, Mặt trời sẽ biến thành Người khổng lồ đỏ từ lâu trước khi Mặt trăng trốn thoát hoặc Trái đất bị khóa chặt nhưng với Mặt trăng to gấp 10 lần ' Có lẽ không còn trường hợp nào nữa và Mặt trăng đã biến mất hoặc Mặt trăng ở xa hơn, có quỹ đạo dài hơn và Trái đất ở hoặc gần bị khóa chặt. Nếu Mặt trăng trốn thoát, chúng ta sẽ có một vật thể có quỹ đạo gần trái đất có kích thước khổng lồ mà sau đó có thể đâm vào chúng ta hoặc bay qua trái đất và di chuyển quỹ đạo của chúng ta - có thể là hiệu ứng và đơn giản là hiệu ứng không có mặt trăng, sẽ rất lớn.

Thảo luận về thoát khỏi Mặt trăng / trái đất và khóa thủy triều ở đây

Nếu chúng ta giả sử khóa thủy triều hoàn toàn, 29,5 ngày (đồng bộ, không phải ngoài thực tế) và một mặt trăng xa hơn một chút để chúng ta có thể nhìn vào 30 thứ gì đó có thể 40 ngày cho 1 vòng quay trái đất, đó là 20 ngày nắng, 20 ngày đêm. Điều đó sẽ chơi tuyệt đối trên các hệ thống thời tiết và mùa. Ngày đến đêm sẽ có ảnh hưởng lớn hơn so với Mùa hè so với mùa đông và những ngày hè sẽ thiêu đốt, mặc dù một số vùng có thể vẫn ổn vì mưa. Sự tiến hóa có thể thích nghi với điều đó, nhưng nó không vui với tôi. Khoảng cách xa hơn có thể khiến Mặt trăng sáng gấp 3 lần trên bầu trời đêm thay vì 4. mặc dù vẫn khá sáng. Bạn vẫn nhận được 6 tháng mặt trời và 6 tháng đêm ở hai cực, nhưng đối với hầu hết trái đất, đây sẽ là một sự thay đổi căn bản có những ngày và đêm kéo dài.

Các hiệu ứng có thể khác, Obliquity (không có mặt trăng, có lẽ lớn hơn, trình điều khiển kỷ băng hà lớn hơn), xem tại đây . Ngoài ra, nếu Trái đất vẫn có Mặt trăng nhưng Mặt trăng ở trong quỹ đạo dài hơn, chúng ta vẫn có thủy triều khi Mặt trăng di chuyển vào và ra cho người bị bắt và người nhận. xem hình

Nguồn

Điểm mấu chốt, trong khi chúng ta có thể không suy nghĩ nhiều, một mặt trăng có kích thước khác sẽ thực sự thay đổi khá nhiều. Một mặt trăng nhỏ hơn sẽ di chuyển khỏi Trái đất chậm hơn và trái đất có thể có mặt trăng thứ 2 có lẽ bằng cách chụp, nếu mặt trăng nhỏ hơn, chúng ta cũng có thể có thời kỳ băng hà mạnh mẽ hơn và thay đổi khí hậu do biến đổi độ xiên lớn hơn và, giả sử tác động khổng lồ vẫn xảy ra theo cách tương tự nhưng một lượng mảnh vụn nhỏ hơn (không có ý nghĩa gì, nhưng giả vờ), thì một mặt trăng nhỏ hơn sẽ không làm chậm quá trình quay của Trái đất và Trái đất có thể quay khá nhanh hơn một chút, 10 hoặc 15 giờ ngày thay vì 24. Hiệu ứng sẽ khá đáng kể.