Wenn Sie auf der anderen Seite des Mondes lebten, wie könnten Sie auf die Existenz der Erde schließen?

Angenommen, Sie setzen einen Astronomen, bewaffnet mit unserem derzeitigen Wissen über Orbitalmechanik, auf einer Kuppel auf der anderen Seite des Mondes ab, so dass die Erde für immer vor ihnen verborgen ist.

(Und gehen Sie natürlich davon aus, dass diese Person kein spezifisches Wissen über das System hat, in dem sie sich befindet, abgesehen von dem, was sie aus Beobachtungen entnehmen kann. Wenn Sie so wollen, stellen Sie sich vor, dass sie all unsere moderne Orbitalmechanik und verwandte Physik in Alpha Centauri gelernt hat, und wurde dann zu unserem Mond teleportiert.)

Nun ist vernünftigerweise zu erwarten, dass diese Person in der Lage sein sollte, aus Beobachtungen des Himmels abzuleiten, dass der Körper, auf dem sie sich befindet, die Hälfte eines binären Systems ist, und dass sie in der Lage sein sollte, die Bahneigenschaften (große Halbachse, Elliptizität, Inklination) sowie die Position des Schwerpunkts (viel näher am anderen Körper, entsprechend einem viel massiveren Partner). Welche Beobachtungen sind nötig, um darauf zu schließen? Welche Beobachtungsgenauigkeit ist für diese Beobachtungen erforderlich und welcher historischen Epoche entspricht sie? (Das heißt, wäre Tycho Brahes Ausrüstung ausreichend gewesen? Würde die von Galileo? Würde die der alten Griechen? Oder würde dies ein Observatorium aus dem späten 19. Jahrhundert (oder sogar später) erfordern?)

(Wie in der Antwort von MartinV ausgeführt, fällt es unserem Astronomen möglicherweise schwer, zwischen Situationen mit einem umlaufenden Paar und einem einzelnen riesigen Körper zu unterscheiden. Wenn Sie also bequem sind, können Sie davon ausgehen, dass unser Astronom bei kurzen Streifzügen von ~ 100 km von der Kuppel entfernt ist in der Lage, den Mondradius zu messen, indem Sonnenneigungen an verschiedenen Punkten mit bekannten Abständen zwischen ihnen gemessen werden, à la Erathostenes .)

Stellare Parallaxe würde definitiv viel helfen, und das ist das 19. Jahrhundert.
@LucJ.Bourhis Stellarparallaxe oder zumindest ihre Hauptkomponente geht mit dem Orbitalradius um die Sonne einher, und die Komponenten der Mondumlaufbahn wären viel kleiner als dieser, so dass das für mich wie eine nicht offensichtliche Lösung aussieht (und es ist auch nicht offensichtlich, dass Beobachtungen aus dem 19. Jahrhundert die erforderliche Genauigkeit liefern würden). Ich vermute, der wahrscheinlichste Kandidat ist die Parallaxe der Sonne gegenüber dem Sternenhintergrund (oder gleichwertig die Positionen der Sterne gegenüber einer Uhr, die mit dem Mondtag synchronisiert ist), aber ich würde gerne wissen, mit welcher Genauigkeit (im Vergleich zu historischen Referenzen) Sie ' d dafür brauchen.
Sicher! Das hatte ich nicht im Sinn. Historisch gesehen war die Tatsache, dass der Mond von der Erde aus beobachtbar ist, ausschlaggebend für die Messung der Entfernung Erde-Sonne, von der vieles abhängt. Ich dachte daran, Parallaxe zu verwenden, um diese Entfernung in den Griff zu bekommen.
Aber eigentlich liege ich falsch: Die Griechen benutzten den Mond, um den Abstand Erde-Sonne zu berechnen, aber die erste wirklich genaue Messung ist die von Cassini, die die Parallaxe auf dem Mars verwendet, etwas, das man auch vom Mond aus machen könnte.
Dennoch könnte die Halbmonatsparallaxe für etwas wie Mars nützlich sein. Der Orbitaldurchmesser des Mondes beträgt ~0,0026 AE, der Mars kann ~1 AU entfernt sein, also beträgt der Winkel ~0,0052 Radiant oder 0,3 Grad, oder? Ich bin mir nicht sicher, wie sich diese im Laufe der Jahre mit Beobachtungen der Sternparallaxe vergleichen lassen, aber es scheint, als könnte dies die Position des Mars relativ zu entfernten Sternen auf beobachtbare Weise verschieben.
Ich frage mich, ob die 5-Grad-Neigung des Mondes ausreichen würde. (5,14 Grad), das entspricht etwa 9 % seiner Umlaufbahn, die alle 29 Tage auf und ab geht) oder 1/6 von 1 Grad relativ zur Sonne. Relativ zum Mars bei nahem Vorbeiflug etwas weniger. 14 Tage zu beobachten, wie sich der Mars nach oben oder unten bewegt, aber nicht auf konsistente Weise, wie in, manchmal nach oben, manchmal nach unten, könnte am auffälligsten sein.

Antworten (3)

Ein Körpergezeiten -Seismometer auf der mondabgewandten Seite würde sowohl die Sonnenflut als auch die von der Erde erzeugte 20-Zoll-Körperverzerrung erfassen . Während der Mond "gezeitengesperrt" ist, befindet er sich nicht in einer perfekt kreisförmigen Umlaufbahn und wackelt auch ein wenig. Libration . Ihr Seismometer sollte beide Effekte erfassen.

Das Beobachten der Parallaxe des Marszyklus alle 28 Tage, wie in den Kommentaren oben vorgeschlagen, könnte ein einfacherer Weg sein.

Dies ist eine interessante Antwort. Die Erde wird in der Tat eine kleine "Flut" auf dem Mond hervorrufen, und die Libration wird bewirken, dass sie sich bewegt. Der Effekt ist klein und subtil – würde er es einem klugen Wissenschaftler erlauben, auf die Existenz eines unbekannten und unsichtbaren Körpers im Weltraum zu schließen?
Seismische Effekte sind interessant, obwohl mir nicht klar ist, wie man sie tatsächlich messen könnte. Und ja, ich stimme zu, dass Parallaxe die wahrscheinlichste Antwort ist, aber ich suchte nach etwas eher Quantitativem und Detaillierterem.

Das ist eine wirklich gute Frage - und ziemlich subtil.

TL;DR;

Die früheste Gelegenheit könnte sein, dass Änderungen der Sternparallaxe der Sonne von Monat zu Monat den Beobachter zu dem Schluss führen könnten, dass entweder i) der Mond ein einzelner, sehr großer, rotierender Körper ist oder ii) er Teil eines Verbundes aus mehreren Körpern ist. rotierendes System. Allerdings scheint i) mit einem nahen und stark gekrümmten Horizont unvereinbar zu sein.

Wenn nicht dann, sicherlich, wenn wir ein quantitatives Modell der Orbitalmechanik entwickeln, das Masse und Gravitation einbezieht

Ich glaube nicht, dass die Sternparallaxe uns direkt helfen würde, da sie uns (in der heutigen Zeit) nur sagt, dass wir uns in einer Umlaufbahn um die Sonne befinden und wenig über das Erde-Mond-System selbst.

Schauen wir uns an, wie ein Ptolemäus-Äquivalent auf dem Mond (nennen Sie ihn Mond-Ptolemäus) es sehen könnte. Er hätte keine Möglichkeit, das Erde-Mond-System von seiner Annahme zu unterscheiden, dass er nur auf einem festen Objekt im Zentrum der Schöpfung sitzt. Natürlich würde er keinen "Mond" im Orbit um sich herum sehen, aber er würde die Sonne, Sterne und große Planeten sehen. Die Stellarparallaxe (für ihn die Sonne, die sich "durch den Tierkreis bewegt") würde ihm nur sagen, dass sich die Sonne um seinen Mond dreht, ebenso wie die Planeten. Die Existenz von Planetenepizyklen wäre eine Kuriosität, die erforderlich wäre, damit sein Modell funktioniert - aber es tut es Arbeit und er hat keine Ahnung von der Erde

Mond-Galileo könnte (oder auch nicht) in der Lage sein, das heliozentrische Modell zu entwickeln – er verpasst eine wichtige Erkenntnis, die Erde-Galileo hatte: dass die Erde nichts Besonderes war, weil andere Planeten auch Monde hatten. Moon-Galileo würde das Orbitalsystem von Jupiter interessant finden, aber keine Schlüsselerkenntnis, also könnte er das neue Modell nicht entwickeln. Trotzdem würde es jemand anderes tun.

Trotzdem würde in einer qualitativen wissenschaftlichen Welt dem Mondbeobachter nichts dabei helfen, auf die Existenz der Erde hinter dem Horizont zu schließen.

Ich vermute, dass die Wahrheit unvermeidlich werden würde, wenn sich die Orbitalmechanik ausreichend entwickelt hat, um Masse und Schwerkraft in die Berechnung einzubeziehen. Es könnte um die Zeit von Moon-Kepler gewesen sein.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich den Kommentaren zustimme, die Beobachtungen der Planeten betrachten - ich sehe nicht, wie sie helfen, zwischen einem Erde-Mond-System im Gegensatz zu einem einfachen, sehr großen, rotierenden Mondkörper ohne Co-Orbiter zu unterscheiden ( was eine natürliche Annahme wäre). Sogar die monatlichen Änderungen der Parallaxe, die durch die Rotation des Mondes um die Erde verursacht werden, könnten weggewunken werden, indem man die einfache Rotation eines viel größeren Mondkörpers vorschlägt – obwohl unser Held sicherlich die Vereinbarkeit davon mit der scheinbaren Krümmung und Entfernung zu ihrem in Frage stellen könnte Mondhorizont.

Anscheinend habe ich die Absicht der Frage falsch kommuniziert. Sie können bei Bedarf von modernen Kenntnissen der Orbitalmechanik ausgehen – bei historischen Vergleichen bin ich hauptsächlich an experimenteller Technik interessiert, nicht an konzeptionellen Fortschritten. Wenn Sie so wollen, können Sie sich die Situation als Astronom vorstellen, der die gesamte moderne Orbitalmechanik auf Alpha Centauri gelernt hat und dann auf die Oberfläche unseres Mondes teleportiert wurde. Sie haben also volles Wissen darüber, wie Schwerkraft und Mechanik funktionieren, sie haben nur kein Vorbeobachtungswissen über das spezifische System, in dem sie sich befinden.
Aber was Ihren Mond-Ptolemäus betrifft, müsste er nicht ein Epizykel für die Sonne einschließen? Das ist die Sternparallaxenbeobachtung, die in den Erde-Mond-Orbitalradius übersetzt würde, sobald Sie zu einer heliozentrischen Perspektive wechseln. Aber wie wichtig wäre es und wie schwer wäre es zu messen?
Danke Emilio - auf dem Sonnenepizyklus denke ich, dass es angesichts der Ausrüstung, die Mond-Ptolemaios zur Verfügung steht, wahrscheinlich zu klein wäre. Zu Ihrem anderen Kommentar - überhaupt keine Missverständnisse; Es war deine Frage, also glaube ich, ich habe sie falsch verstanden! Angesichts eines Experten mit moderner Ausrüstung, der auf den Mond verpflanzt wurde, würden sie es meiner Meinung nach ziemlich schnell herausfinden - eine Kombination aus den Schwankungen der Parallaxe in Kombination mit der scheinbaren Größe des Mondes würde sicherlich die Frage aufwerfen. Tatsächlich würde der Experte den kleinen, felsigen Mond selbst betrachten und sofort die Frage stellen: "Was umkreist dieser?"
Ja, ich gehe davon aus, dass sie es ziemlich schnell herausfinden würden; Die Frage war, wie und welche Ausrüstung sie benötigen würden. (Zu Ihrem letzten Satz glaube ich nicht, dass es eine natürliche Erwartung wäre, wenn man bedenkt, wie wenig wir über die Verbreitung von felsigen Exoplaneten wissen. Aber wenn man nur die Oberfläche betrachtet, sind die Unterschiede zwischen dem Mond und Ceres minimal , also deutet die Oberfläche nicht unbedingt darauf hin, dass Sie sich auf einem Satelliten befinden. Stattdessen könnten die felsige Oberfläche und das Fehlen einer Atmosphäre angesichts des Radius und der Oberflächengravitation ganz natürliche Merkmale sein.)

Ein Beobachter auf der anderen Seite des Mondes würde sich schwer tun zu erklären, dass er auf einem einzigen Planeten steht, wegen der Bewegung des auffälligsten Dinges am Himmel: der Sonne!

Aufgrund der Exzentrizität der Umlaufbahn des Mondes um die Erde hängt die Tageslänge, dh die "Geschwindigkeit der Sonne am Himmel", davon ab, wo Sie sich auf Ihrer Mondumlaufbahn befinden.

Und aus Beobachtungen, die es machen kann, z. B. andere Planeten, die im Sonnensystem nahezu perfekt rund sind (und aus bekannten Gründen), sollte sie gezwungen sein, die Hypothese "Ich stehe auf einem elliptischen einzigen Himmelskörper" auszuschließen.

Ich kann die Variation der Tageslänge auf der anderen Seite des Mondes nicht in angemessener Zeit berechnen, tut mir leid.

Ein weiterer Effekt, den ich mit Wikipedia-Bildern zu veranschaulichen versuche: Die Höhe der Sonnenbahn am Himmel würde sich Jahr für Jahr ändern (Zyklus: zwischen 8 und 9 Erdenjahren), aufgrund der Apsidenpräzession des Mondes und seines geneigten Bahnplans:

Apsidenpräzession des Mondes.png
Von Rfassbind - Eigenes Werk., Public Domain, Link

Mondstörung.jpg
Von Geologician, Homunculus 2 - aus der englischen Wikipedia, CC BY 3.0 , Link

Wenn Sie auf der anderen Seite des Mondes lebten, wie könnten Sie auf die Existenz der Erde schließen?
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