Unser Mond und der Saturnmond Titan haben diese Eigenschaft. Aus diesem Grund beobachten wir nur eine Seite (Halbkugel) unseres Mondes. Warum ist das? Was ist die Newtonsche oder Astrophysik, die dies erklären würde? Es scheint, als wäre es eine Art Gleichgewicht, das mit der Zeit erreicht wird, aber ich verstehe es nicht.
Die Antwort darauf sind sicherlich Gezeitenkräfte, aber das erklärt nicht den genauen Mechanismus, wie Gezeitenkräfte zu einer Gezeitensperre führen , dh ein umlaufender Körper, der aufgrund der Rotationsrate und Umdrehung dieselbe Seite zum zentralen Körper zeigt, während er umkreist Rate gleich ist. Ich werde diesen Mechanismus anhand des Erde-Mond-Systems beschreiben, damit ich spezifisch sein kann, aber er gilt gleichermaßen für jedes System.
Zunächst einmal sind Gezeitenkräfte das Ergebnis unterschiedlicher Gravitationskräfte über die verteilte Masse eines Körpers. Der Mond ist keine Punktmasse, er hat eine ausgedehnte Größe. Die Schwerkraft der Erde auf dem Mond hängt von der Entfernung ab (wie die Schwerkraft für alles). Das bedeutet, dass auf der erdzugewandten Seite des Mondes die Schwerkraft stärker ist und wenn Sie durch den Mond zur erdgegenüberliegenden Seite fortschreiten, wird die Schwerkraft schwächer. Dies bedeutet, dass die der Erde zugewandte Seite des Mondes stärker und näher an die Erde gezogen wird, während die der Erde gegenüberliegende Seite, während sie immer noch zur Erde gezogen wird, nicht so stark oder so nahe gezogen wird. Letztendlich führt dies dazu, dass der Mond deformiert wirdso dass es leicht abgeflacht und in Richtung Erde gestreckt wird. Diese Biegung der Oberfläche ist als Gezeiten bekannt.
Nehmen wir nun an, der Mond ist derzeit nicht gezeitengebunden mit der Erde und dreht sich tatsächlich etwas schneller als er umkreist. Die Erde verursacht Gezeiten auf dem Mond und der Mond dreht sich um seine Achse. Die durch die Gezeitenkräfte verursachten Gezeiten wollen mit der Erde-Mond-Linie ausgerichtet bleiben, da dies die Richtung ist, in der die Gezeitenkräfte wirken. Es braucht jedoch Zeit und viel Energie, um den Mond zu verformen. Sobald der Mond deformiert ist, wird er sich mitdrehen und versuchen, diese Gezeitendeformität mit sich zu ziehen, wodurch die Gezeitenwölbung effektiv vor die Erde-Mond-Linie bewegt wird. Die Erde wendet immer noch die Gezeitenkraft entlang dieser Erde-Mond-Linie an, um zu versuchen, die Gezeitenwölbung wieder in die Linie zu ziehen. Diese konstante Kraft, die versucht, die Gezeitenwölbung zurückzuziehen (oder nach vorne, wenn sich der Mond zu langsam dreht), ermöglicht eine Impulsübertragung, um den Mond zu verlangsamen (oder ihn zu beschleunigen, wenn er zu langsam ist). Der Hauptpunkt hier ist, dass die Gezeitensperre ein Gleichgewichtszustand ist, denn wenn sich der Mond zu langsam oder zu schnell dreht, wird die Erde, die versucht, die Gezeitenwölbung in die Erde-Mond-Linie zu ziehen, die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes ändern, bis er Gezeiten wird gesperrt. Sobald es gezeitengesperrt ist, wird diese Gezeitenwölbung immer entlang der Erde-Mond-Linie sein und diese Kraft wird verschwinden. Die Erde, die versucht, die Gezeitenwölbung in die Erde-Mond-Linie zu ziehen, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes ändern, bis er von den Gezeiten blockiert wird. Sobald es gezeitengesperrt ist, wird diese Gezeitenwölbung immer entlang der Erde-Mond-Linie sein und diese Kraft wird verschwinden. Die Erde, die versucht, die Gezeitenwölbung in die Erde-Mond-Linie zu ziehen, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes ändern, bis er von den Gezeiten blockiert wird. Sobald es gezeitengesperrt ist, wird diese Gezeitenwölbung immer entlang der Erde-Mond-Linie sein und diese Kraft wird verschwinden.
Das deckt jedoch ungefähr die Hälfte der Antwort ab. Wenn Sie versuchen, den Mond mit der Erde zu verbinden, müssen Sie zwei Zeiträume berücksichtigen. Die erste, die im vorangegangenen Absatz besprochen wurde, ist die Rotationszeit des Mondes um seine Achse. Die andere ist die Umlaufzeit des Mondes um die Erde. Beide müssen passen. Der vorherige Absatz hat beschrieben, wie die Rotationszeit des Mondes um seine Achse beeinflusst werden könnte, aber es gibt auch eine Möglichkeit, die Umlaufzeit des Mondes um die Erde zu beeinflussen. Glücklicherweise geschieht dies durch einen nahezu identischen Mechanismus wie oben. Tatsächlich verursacht der Mond auch Gezeitenausbrüche auf der Erde, und da sich die Erde dreht, werden diese Gezeitenausbrüche nicht direkt mit der Erde-Mond-Linie ausgerichtet. Diese nicht ausgerichtete Gezeitenwölbung auf der Erde wirkt, um Energie auf die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes zu übertragen, wodurch es beschleunigt oder verlangsamt wird. Übrigens bewirkt dies durch die Erhaltung des Drehimpulses zwangsläufig, dass der Mond mit einer kleinen, aber anhaltenden Geschwindigkeit von uns weg driftet.
Zusammenfassend verursachen Gezeitenkräfte eine Gezeitensperre, aber dies geschieht durch komplizierte und langsame Kräfte über einen langen Zeitraum, die sowohl die Umlaufgeschwindigkeit als auch die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes beeinflussen, bis ein Gleichgewicht gefunden ist. Dieses Gleichgewicht ist Gezeitensperre.
Die einfache Antwort lautet: Gezeitenkräfte, die ein sekundärer Effekt der Schwerkraft sind. So wie der Mond hier auf der Erde Ebbe und Flut der Ozeane verursacht, hat auch die Erde eine ähnliche Wirkung auf den Mond.
Die Kraft ist vom gleichen Ursprung, jedoch aufgrund der Masse der Erde viel stärker. Diese Gezeitenkräfte verursachen ein Drehmoment auf die Rotation des Mondes und deshalb zeigt er nur die gleiche Seite zur Erde.
Fun Fact, Pluto und sein einziger Mond Charon zeigen während ihrer Umlaufbahn aufgrund der Gezeitenkraft nur ein Gesicht. Auch die Gezeitenkräfte verlangsamen die Rotation der Erde.
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Markus Foskey