Diese Antwort auf die Frage Ist Io eine magische Energiemaschine? schlägt vor, dass die Energie aus der inneren Erwärmung von Io aufgrund des Gezeiten-"Quetschens" , wenn es sich zyklisch näher und weiter von Jupiter in seiner elliptischen Umlaufbahn bewegt, aus der Energie der Umlaufbahn von Io stammt. Eine Umlaufbahn mit niedrigerer Energie ist notwendigerweise kleiner, und das bedeutet tatsächlich, dass die Geschwindigkeit größer sein wird. (Wenn Sie die Umlaufbahn eines Satelliten auf eine höhere Höhe anheben möchten, verwenden Sie tatsächlich Schub in Bewegungsrichtung, um ihn zu verlangsamen.)
Angesichts der Tatsache, dass Gezeitenkräfte etwas kompliziert sind (vgl. Warum weicht der Mond aufgrund von Gezeiten von der Erde zurück? Ist das typisch für andere Monde? ), Ist es a priori sicher, dass die Erwärmung die Umlaufbahn von Io absenkt und sie beschleunigt ? (Bedenken Sie, dass der Rückzug des Erdmondes teilweise auf den flüssigen Ozean der Erde zurückzuführen ist und Jupiter ein Gasriese ist.) Wird nur die Perijove abnehmen oder die große Halbachse?
Wie kann eine (scheinbar, naiv, im Durchschnitt) radiale Kraft eine tangentiale Beschleunigung verursachen? Io ist gezeitenabhängig an Jupiter gebunden, sodass seine Rotation um seine eigene Achse synchron zu seiner Rotation um Jupiter ist.
Bearbeiten: fwiw Wenn die Gravitationswechselwirkungen zwischen Io und den anderen Monden von Jupiter dazu führen, dass das Problem zu komplex ist, um es leicht zu beantworten, interessiere ich mich mehr für die grundlegende Dynamik der Gezeitenerwärmung und die Auswirkungen auf die Umlaufbahn eines einzelnen Mondes als speziell für Io Situation.
Wie kann die Gezeitenheizung die Umlaufbahn von Io senken?
Es tut nicht, zumindest nicht auf erste Bestellung. Der Effekt erster Ordnung besteht darin, dass die Gezeitenerwärmung die Umlaufbahn von Io kreisförmig macht. Im Gegensatz dazu wirken Umlaufbahnresonanzen mit Europa und Ganymed, um die Umlaufbahn von Io elliptischer zu machen. Dies führt zu einer schönen Hystereseschleife.
Angenommen, Io befindet sich auf einer ziemlich kreisförmigen Umlaufbahn. Dies führt zu verringerten Gezeitenspannungen, wodurch Io abkühlt. Ein kühleres und daher steiferes Io ist weniger anfällig für Gezeitendeformationen als ein wärmeres und daher plastischeres Io. Wenn sich zwei Körper in derselben Umlaufbahn befinden, einer warm und plastisch, der andere kühl und starr, erleidet der wärmere Körper mehr Gezeitendeformationen als der kühlere. Dies wird durch das Objekt erfasst Liebe Nummer. Die unvermeidliche Reaktionsverzögerung bedeutet, dass die Reaktion um Periapsis/Apoapsis für eine elliptische Umlaufbahn nicht symmetrisch ist, und je größer die Plastizität, desto größer die Asymmetrie. Dies wird durch den Gezeitenqualitätsfaktor des Objekts erfasst .
Diese Abkühlung von Io, wenn seine Umlaufbahn nahezu kreisförmig wird, ermöglicht es den allgegenwärtigen Resonanzeffekten, nun die Zirkularisierungseffekte zu dominieren. Ios Umlaufbahn wird langsam elliptischer. Diese elliptische Umlaufbahn erhöht die Gezeitenspannungen auf dem kalten, starren Io, wodurch es sich schließlich erwärmt und plastischer wird. Die Zirkularisierungseffekte nehmen zu, wenn die Umlaufbahn elliptischer wird und das Innere von Io flexibler und plastischer wird. Schließlich dominieren die Zirkularisierungseffekte über den Orbitalresonanzeffekt, wodurch die Umlaufbahn von Io kreisförmiger wird – bis sich der Zyklus wiederholt.
Spülen und wiederholen, zumindest so lange, wie diese Drei-Wege-Orbitalresonanz zwischen Io, Europa und Ganymed anhält. Wie lange diese Drei-Wege-Gezeitenresonanz existiert und wie lange sie andauern wird, ist meines Wissens unbekannt.
Die Antwort von David Hammen enthält viele der interessanten Details darüber, wie sich die Umlaufbahn von Io im Laufe der Zeit entwickelt (und erklärt, warum Io immer noch vulkanisch sein kann, obwohl die Umlaufbahn von Io im Moment extrem kreisförmig ist). Es erklärt auch, dass, wenn Io vollständig gezeitengesperrt wäre, ohne andere Monde, es sich nicht erwärmen würde und sich seine Umlaufbahn nicht ändern würde, worüber sich der Fragesteller vielleicht am meisten gewundert hat. Vielleicht bleibt dann nur noch die Frage, warum ändert sich die Umlaufbahn eines Mondes, der sich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn befindet, sich aber nicht mit der richtigen Geschwindigkeit dreht?
Aus diesem Grund gibt es ein interessantes Ergebnis, dass, wenn sich der Mond schneller als seine Umlaufbahn dreht, die Verzögerung in der Reaktion der Mondform auf sein Gezeitenäquipotential bedeutet, dass die "Spitzen" seiner Ausbuchtungen vor der Ausrichtung mit dem Planeten herauskommen . Dies erzeugt ein Drehmoment aus der Schwerkraft, das dazu neigt, seine Drehung zu verlangsamen. Das Gegenteil gilt, wenn es sich langsamer dreht als seine Umlaufbahn. Auf diese Weise wird der Spin also gezeitengesperrt, und damit ist eine gewisse Erwärmung verbunden. Aber das Planet-Mond-System (andere Monde ignorierend) muss den Drehimpuls erhalten, wenn sich also die Drehung verlangsamt, muss dieser Drehimpuls woanders auftauchen – er zeigt sich in der Umlaufbahn. Anstatt also an die Energie der Umlaufbahn zu denken (die nicht erhalten bleibt, weil Wärme erzeugt wird und sich die Spins ändern), denken Sie an den Drehimpuls von Spin plus Umlaufbahn.
Da Io nicht gezeitengesperrt ist, tut es das auch nicht, aber in seiner Geschichte, bevor es gesperrt wurde, hätte es das eine oder andere getan. Was die Erde und den Mond betrifft, so ist der Mond gezeitenabhängig, aber die Erde dreht sich schneller als die Umlaufbahn des Mondes, sodass die Wölbungen der Erde vor dem Mond herauskommen und der Mond unsere Drehung nach unten dreht. Dieser Verlust an Drehimpuls muss in die Umlaufbahn des Mondes gehen, deshalb entfernt sich der Mond weiter.
Wenn Sie an Energie denken, dann sehen Sie, dass die Erde durch die Schwerkraft des Mondes aufgeheizt wird. Auch die Umlaufbahn des Mondes nimmt an Energie zu. Es muss also eine Quelle für beides geben, und das ist die Energie in der Rotation der Erde. Hier steht außer Frage, wie Energie, die als von der Erde abgestrahlte Wärme verloren geht, aus der Umlaufbahn des Mondes herauskommen kann, denn tatsächlich nimmt die Umlaufbahnenergie zu. Es ist klarer, wie Spinenergie sowohl in die Erwärmung als auch in die Umlaufbahn gelangen kann, da es der Spin ist, der die Kräfte erzeugt, die sowohl die Erwärmung als auch die Umlaufbahneffekte verursachen. Wenn sich ein Mond schneller als seine eigene Umlaufbahn dreht, erzeugt dieser Spin Kräfte auf den Mond, die seine Drehung verlangsamen, und ein Teil dieser Energie geht in die Erwärmung des Mondes und ein Teil in die Anhebung seiner eigenen Umlaufbahn (um den Drehimpuls zu erhalten). ).
Alchimista