Làm thế nào thủy triều có thể hạ thấp quỹ đạo của Io?

Câu trả lời này cho câu hỏi Io có phải là cỗ máy năng lượng ma thuật không? cho thấy năng lượng từ sự nóng lên bên trong của Io do "squishing" thủy triều khi nó di chuyển gần hơn theo chu kỳ và xa hơn từ Sao Mộc trong quỹ đạo hình elip của nó sẽ đến từ năng lượng của quỹ đạo của Io. Một quỹ đạo năng lượng thấp hơn nhất thiết phải nhỏ hơn, và điều đó thực sự có nghĩa là vận tốc sẽ lớn hơn. (Khi bạn muốn nâng quỹ đạo của vệ tinh lên độ cao lớn hơn, bạn thực sự sử dụng lực đẩy theo hướng chuyển động để làm chậm nó.)

Cho rằng các lực thủy triều hơi phức tạp (xem Tại sao Mặt trăng rút khỏi Trái đất do thủy triều? Đây có phải là điển hình cho các mặt trăng khác không? ), Có phải một điều chắc chắn là sự nóng lên sẽ làm giảm quỹ đạo của Io, khiến nó tăng tốc ? (Hãy xem xét rằng thoái lùi Moon của Trái Đất là một phần do đại dương chất lỏng của trái đất, và sao Mộc là một loại khí khổng lồ.) Có chỉ là perijove rằng sẽ giảm, hoặc bán trục lớn?

Làm thế nào một lực hướng tâm (dường như, ngây thơ, trung bình) có thể gây ra gia tốc tiếp tuyến? Io được khóa chặt với Sao Mộc để vòng quay của nó quanh trục của chính nó đồng bộ với vòng quay của nó quanh Sao Mộc.

chỉnh sửa: fwiw nếu các tương tác hấp dẫn giữa các mặt trăng khác của Io và Sao Mộc khiến vấn đề trở nên quá phức tạp để dễ dàng trả lời, tôi quan tâm nhiều hơn đến động lực cơ bản của sự nóng lên của thủy triều và các hiệu ứng trên quỹ đạo của một mặt trăng, thay vì cụ thể là của tôi tình hình.

Làm thế nào thủy triều có thể hạ thấp quỹ đạo của Io?

Nó không, ít nhất là không để đặt hàng đầu tiên. Hiệu ứng thứ tự đầu tiên là sưởi ấm thủy triều có tác dụng tuần hoàn quỹ đạo của Io. Chống lại điều đó, cộng hưởng quỹ đạo với hành động của Europa và Ganymede để làm cho quỹ đạo của Io có hình elip hơn. Điều này dẫn đến một vòng trễ trễ tốt đẹp.

$k_2$$Q$

Sự làm mát này của Io khi quỹ đạo của nó trở nên gần với vòng tròn cho phép các hiệu ứng cộng hưởng ngày nay chiếm ưu thế so với các hiệu ứng vòng tròn. Quỹ đạo của Io dần trở nên hình elip hơn. Đó là quỹ đạo hình elip làm tăng căng thẳng thủy triều trên Io lạnh lẽo, cứng nhắc, cuối cùng làm cho nó bắt đầu ấm lên và trở nên dẻo hơn. Các hiệu ứng vòng tròn phát triển khi quỹ đạo phát triển nhiều hình elip hơn và khi nội thất của Io trở nên linh hoạt hơn và dẻo hơn. Cuối cùng, các hiệu ứng vòng tròn chiếm ưu thế so với hiệu ứng cộng hưởng quỹ đạo, làm cho quỹ đạo của Io trở nên tròn hơn - cho đến khi chu kỳ lặp lại.

Rửa sạch và lặp lại, ít nhất là chừng nào cộng hưởng quỹ đạo ba chiều giữa Io, Europa và Ganymede giữ vững. Sự cộng hưởng thủy triều ba chiều đó đã tồn tại bao lâu và nó sẽ kéo dài bao lâu, theo như tôi biết, chưa biết.

Câu trả lời của David Hammen bao gồm nhiều chi tiết thú vị về cách quỹ đạo của Io phát triển theo thời gian (và giải thích tại sao Io vẫn có thể là núi lửa mặc dù hiện tại quỹ đạo của Io cực kỳ tròn). Nó cũng giải thích rằng nếu Io bị khóa hoàn toàn, không có mặt trăng nào khác, thì nó sẽ không nóng và quỹ đạo của nó sẽ không thay đổi, đó có thể là điều mà người hỏi chủ yếu thắc mắc. Có lẽ câu hỏi duy nhất còn lại sau đó là, tại sao một mặt trăng nằm trong quỹ đạo tròn, nhưng không quay đúng tốc độ, lại tìm thấy quỹ đạo của nó thay đổi?

Đối với điều này, có một kết quả thú vị là nếu mặt trăng quay nhanh hơn quỹ đạo của nó, thì sự chậm trễ trong phản ứng của hình dạng mặt trăng đối với khả năng thủy triều của nó có nghĩa là "các điểm" của phình của nó sẽ vượt ra khỏi sự liên kết với hành tinh . Điều này tạo ra một mô-men xoắn từ trọng lực có xu hướng làm chậm vòng quay của nó. Ngược lại nếu nó quay chậm hơn quỹ đạo của nó. Vì vậy, đó là cách vòng quay được khóa chặt, và có một số hệ thống sưởi liên quan đến điều đó. Nhưng hệ mặt trăng hành tinh (bỏ qua các mặt trăng khác) phải bảo toàn động lượng góc, vì vậy nếu vòng quay chậm lại, động lượng góc đó phải xuất hiện ở một nơi khác - nó xuất hiện trên quỹ đạo. Vì vậy, thay vì nghĩ về năng lượng của quỹ đạo (không được bảo toàn vì nhiệt được tạo ra và các spin đang thay đổi), hãy nghĩ về động lượng góc của spin cộng với quỹ đạo.

Vì Io không bị khóa chặt, nó cũng không hoạt động, nhưng trong lịch sử của nó trước khi bị khóa, nó sẽ làm cái này hay cái khác. Đối với Trái đất và Mặt trăng, Mặt trăng bị khóa chặt nhưng Trái đất quay nhanh hơn quỹ đạo của Mặt trăng, do đó, các phình của Trái đất thoát ra khỏi Mặt trăng và do đó Mặt trăng đang xoay quanh vòng xoáy của chúng ta. Mất động lượng góc đó phải đi vào quỹ đạo của Mặt trăng, vì vậy đó là lý do tại sao Mặt trăng ngày càng xa.

Nếu bạn nghĩ về mặt năng lượng, thì bạn sẽ thấy Trái đất đang bị đốt nóng bởi lực hấp dẫn của Mặt trăng. Ngoài ra, quỹ đạo của Mặt trăng đang gia tăng năng lượng. Vì vậy, phải có một nguồn cho cả hai thứ đó, và đó là năng lượng trong vòng quay của Trái đất. Ở đây không có câu hỏi nào về việc làm thế nào năng lượng bị mất khi nhiệt do Trái đất tỏa ra có thể ra khỏi quỹ đạo của Mặt trăng, bởi vì trên thực tế, năng lượng quỹ đạo đang tăng lên. Rõ ràng hơn là làm thế nào năng lượng quay có thể đi vào cả hệ thống sưởi và quỹ đạo, bởi vì chính spin đang tạo ra các lực gây ra cả hiệu ứng đốt nóng và quỹ đạo. Tương tự như vậy, nếu một mặt trăng quay nhanh hơn quỹ đạo của chính nó, thì vòng quay đó tạo ra lực trên mặt trăng làm chậm quá trình quay của nó và một phần năng lượng đó đi vào làm nóng mặt trăng và một số đi vào quỹ đạo của chính nó (để bảo toàn động lượng góc ).