Ist die erdzugewandte Seite des Mondes, die wir heute sehen, uns immer zugewandt, seit der Mond von den Gezeiten erfasst wurde? Oder präzediert es?

Die der Erde zugewandte Seite des Mondes ändert sich derzeit nicht aufgrund der Kräfte anderer Körper (mit Ausnahme von Librationen) .

Von Gladman et. Al. : „ Die Gezeitendissipation im Satelliten treibt ihn in einen Zustand, in dem […] die Drehachse eines Satelliten in einem verallgemeinerten Cassini-Zustand stationär erscheint. " Der$S_2$Der Cassini-Zustand ist einer der zwei möglichen endgültigen stabilen Zustände für ein allgemeines Mondsystem. Aber laut Gladman hat unser Mond "$S_2$als einzig möglicher Cassini-Zustand ".

Vor Erreichen eines Cassini-Zustands üben die Gezeitenkräfte ein durchschnittliches Drehmoment von aus$-SC\cos\theta\sin\theta$, Wo$\theta$ist die Neigung der Mondbahn, gemessen in Bezug auf die Bahnnormale,$C$das Trägheitsmoment des Satelliten um die Drehachse ist, und

Beachten Sie, dass$S$hat$r^3$im Nenner (wie auch von Stuart Robins in einem Kommentar oben erwähnt), was bedeutet, dass das von den Gezeitenkräften ausgeübte Drehmoment viel höher war, als der Mond näher an der Erde war. Mit anderen Worten, da das Gesicht des Mondes zur Erde jetzt nicht präzediert, hätte es dies in der Vergangenheit sicherlich nicht getan, als das potenzielle Gezeitendrehmoment höher war.

Ich denke, Gladman et. Al. liefern ziemlich glaubwürdige Beweise für ihre Behauptung der Gezeitensperre, indem sie für Wackeln, stark exzentrische Umlaufbahnen und abgeflachte Sphäroide sowohl auf dem Planeten als auch auf dem Mond verantwortlich sind. Sie berücksichtigen nicht speziell die Gravitation anderer Körper wie der Sonne. Die obige Gleichung gibt uns auch einen Vergleich der relativen Gezeiteneffekte auf dem Mond durch Notieren$m/r^3$beträgt 9,2e7 für das Erde/Mond-System, aber nur 5,9e5 für das Sonne/Mond-System. Gravitationsstörungen von der Sonne und anderen Objekten des Sonnensystems beeinflussen die Orbitalelemente des Mondes, haben aber keinen signifikanten Einfluss auf seine Rotationsgeschwindigkeit.

Es gibt viele geologische Beweise für den Mond, die Gladman et. Al. Die Behauptung von , dass der Cassini-Zustand stabil ist, besteht darin, dass wir eine grundlegende Asymmetrie zwischen der nahen und der fernen Seite des Mondes sehen. Die nahe Seite hat eine dünnere Kruste und mehr vulkanische Maria. Die andere Seite hat eine dickere Kruste und sichtbarere Asteroidenkrater:

Roy et. Al. behaupten, dass die Asymmetrie zwischen der nahen und der fernen Seite auf die Wärme von der Erde zurückzuführen ist, die dazu führt, dass der frühe gezeitengesperrte Mond langsamer auf der Mondseite abkühlt, die auf die geschmolzene abkühlende Erde zeigt. Wenn ihre Theorie richtig ist, dann hat sich das Gesicht des Mondes zur Erde seit den Anfängen des Erde/Mond-Systems nicht wesentlich verändert.

Die nahe Seite des Mondes scheint sich derzeit nicht zu präzedieren, aber könnte sie ihre Ausrichtung gegenüber ihrer ursprünglichen Gezeiten-Lock-Konfiguration geändert haben? Es gibt einen starken Hinweis von Kadono , dass ein Asteroideneinschlag einen Einfluss auf die Spinrate haben könnte. Unglücklicherweise befindet sich die Zeitung hinter einer Paywall, also lasst uns eine „Rückseiten-der-Serviette“-Rechnung machen, um zu sehen, wie viel Drehimpuls ein großer Asteroideneinschlag auf dem Mond haben könnte.

Das größte bekannte Becken auf dem Mond ist das Südpol-Aitken-Becken . Die Größe und Geschwindigkeit des Impaktors wurde von Potter et. Al. Eines ihrer Modelle geht von einem Chondrit-Impaktor mit Dichte aus$\rho$von 3580 kg/m3 bei 100 km Radius$r$bei einer Aufprallgeschwindigkeit$v$von 10 km/s. Wir können die Masse berechnen$m=\rho 4/3\pi r^3$oder 1,5e19kg. Die Gleichung für den linearen Impuls lautet$l=mv$oder 1,5e20km*kg/s.

Das Trägheitsmoment einer Kugel ist$I=2/5MR^2$und wir können verwenden$M=7.342e22kg$Und$R=1737.4km$B. Masse und Radius des Mondes zu bekommen$I=8.86e28$. Wenn wir den Drehimpuls des Mondes einstellen$I\omega=1.5e20$und löse nach$\omega$was uns eine resultierende Rotationsratenänderung von 1,69e-9 Radiant pro Sekunde oder etwa 3 Grad pro Jahr ergibt. Diese Berechnungen gehen von einem Aufprallwinkel parallel zur Mondoberfläche aus, was unmöglich ist, aber eine Obergrenze für eine Impulsänderung bildet. Stöße mit höherem Winkel bewahren immer noch Schwung, aber mehr Schwung geht in die Änderung der Umlaufbahnparameter als in die Rotationsgeschwindigkeit.

Ab wann wurde der Mond durch die Gezeiten mit der Erde verbunden? , wir kennen die Sperrzeit der Gezeiten

Ich habe die obige Gleichung berechnet, wobei ich annahm, dass die große Halbachse der Umlaufbahn des Mondes vor so langer Zeit weniger als die Hälfte ihres aktuellen Werts betrug. Wenn der Mond auf die oben dargestellte Weise getroffen würde, würde er in weniger als 2 Jahren erneut die Gezeitensperre einschlagen und sich in dieser Zeit um weniger als 6 Grad drehen. Also, nein, nachdem der Mond zum ersten Mal von den Gezeiten erfasst wurde, zeigte mit ziemlicher Sicherheit immer dieselbe Seite auf die Erde.

Anmerkungen:

1. Es ist möglich, dass die Asymmetrien in der Zusammensetzung des Mondes die Zeit bis zur Gezeitensperre verkürzen, aber es wird für keine der obigen Berechnungen benötigt. Selbst wenn die Zusammensetzung des Mondes homogen wäre, würde es immer noch zu Gezeitensperren kommen.

2. Es gibt viele andere Theorien für die Asymmetrie der Mondoberfläche, aber die meisten von ihnen beruhen auf einer stetigen Gezeitensperre durch den frühen Teil des Erde/Mond-Systems. Eine Ausnahme könnte Elardo et. Al. die behaupten, die Asymmetrie sei auf eine größere Häufigkeit radioaktiver Isotope auf der nahen Seite des Mondes zurückzuführen, die Wärme hinzufügen und die Schmelztemperaturen der Materialien senken. Sie nennen den Mix KREEP .

3. Wir können die Möglichkeit nicht vollständig ausschließen, dass der Mond von einem noch größeren Asteroiden getroffen wurde als oben erwähnt, wobei die Beweise später durch Vulkanismus verdeckt wurden. Diese Antwort basiert nur auf derzeit verfügbaren Beweisen.