Wie kann Io gezeitenbeheizt werden, während es sich in der Gezeitensperre befindet?

Wie kann Io gezeitenbeheizt werden, während es sich in der Gezeitensperre befindet?

Es ist gezeitenverriegelt in einem mittleren Bewegungssinn von "gezeitenverriegelt". Dass sich Io eher auf einer exzentrischen als auf einer kreisförmigen Umlaufbahn befindet, bedeutet, dass sich Gezeitenspannungen aufbauen können und dies auch tun. Laineyet al. behaupten, dass die globale Energiedissipation in einem gezeitenbelasteten Mond gegeben ist durch

• $\dot E$ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Gezeitenenergie auflöst,
• $k_2$ist die Liebeszahl der Gezeiten zweiter Ordnung des Mondes,
• $Q$ist der Gezeitenqualitätsfaktor des Mondes,
• $n$ist die mittlere Bewegung des Mondes,
• $R$ist der Radius des Mondes,
• $G$ist die universelle Gravitationskonstante, und
• $e$ist die Exzentrizität der Mondbahn.

Das Verhältnis$k_2/Q$hängt stark von der Beschaffenheit des Mondinneren ab. Im Vergleich zu einem Mond mit festem Inneren hat ein Mond mit teilweise geschmolzenem Inneren einen etwas höheren Wert von$k_2$und einem deutlich niedrigeren Wert von$Q$. Ios Vulkanismus ist ein Zeichen für einen Mond mit zumindest teilweise geschmolzenem Inneren.

Die Potenz von fünf auf der mittleren Bewegung und dem Mondradius bedeutet, dass ein großer Mond, der nahe um seinen Mutterplaneten kreist, weit mehr Gezeitenstress ausgesetzt ist als ein kleiner Mond, der weit vom Mutterplaneten kreist. Io ist ein großer Mond (größer als unser Mond) und umkreist Jupiter ziemlich nah.

Schließlich ist die Exzentrizität von Io zwar gering, aber nicht null. Die Tatsache von$e^2$bedeutet, dass die Gezeitenenergiedissipation stark von der Exzentrizität abhängt. Diese Gezeitenspannungen würden normalerweise dazu dienen, die Umlaufbahn von Io um Jupiter herum zu kreisförmigisieren, wodurch die Gezeitenspannungen verringert würden. Io befindet sich jedoch auch in einer 1:2:4-Orbitalresonanz mit Europa und Ganymed. Diese Wechselwirkungen neigen dazu, die Exzentrizität von Io zu erhöhen.

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass dies zu einer interessanten Hystereseschleife führt (z. B. Yoder ). Angenommen, das Innere von Io ist kühl und seine Exzentrizität ist sehr gering. Dies macht die Gezeitenspannungen sehr gering. Dies reduziert die Auswirkungen von Jupiters Zirkularisierungseffekten auf die Umlaufbahn von Io. Die Resonanzeffekte beginnen nun zu dominieren, wodurch Ios Umlaufbahn exzentrischer wird. Gezeitenspannungen werden jetzt signifikant und das Innere von Io erwärmt sich. Irgendwann dominieren die Gezeitenspannungen, die zur Zirkularisierung führen, die Auswirkungen von Europa und Ganymed. Die Umlaufbahn von Io wird kreisförmig und das Innere von Io kühlt ab. Spülen und wiederholen.

Laineyet al. "Starke Gezeitendissipation in Io und Jupiter aus astrometrischen Beobachtungen", Nature 459.7249 (2009): 957-959.

Yoder, Charles F. "Wie die Gezeitenerwärmung in Io die galiläischen Orbitalresonanzschlösser antreibt." Nature 279.5716 (1979): 767-770.

Dieser Satz auf Wikipedia geht weiter "aus Reibung, die im Inneren von Io entsteht, wenn es zwischen Jupiter und den anderen galiläischen Monden gezogen wird".

Es gibt eine Umlaufbahnresonanz (mit den anderen galiläischen Monden), die verhindert, dass die Umlaufbahn von Io kreisförmig wird, und auch verhindert, dass Io von Jupiter wegwandert. Wenn die anderen Monde nicht existierten, würde Io viel weiter vom Jupiter entfernt auf einer kreisförmigen Umlaufbahn sein und keine nennenswerte Gezeitenerwärmung erfahren. Ja, die Exzentrizität von Io ist nicht besonders hoch. Aber bedenken Sie, dass Io nur 400 km von Jupiter entfernt ist und Jupiter ziemlich ... massiv ist.

Es ist leicht zu unterschätzen, wie massiv Jupiter ist. Wenn Sie rechnen, sind die Gezeitenkräfte auf Io zwanzigtausend Mal die Gezeitenkräfte, die der Mond auf der Erde verursacht (und der Mond ist ziemlich massiv, wenn Monde gehen). Die Gezeitenwölbung des Mondes erstreckt sich trotz der geringen Exzentrizität zwischen Apogäum und Perigäum um hundert Meter. Führen Sie das Modell aus, und Sie erhalten etwa 0,6–1,6E14 W Wärme, die durch diesen Prozess erzeugt wird, was mit dem beobachteten Wärmeverlust von Io übereinstimmt. Dies stellt sowohl die durch radioaktiven Zerfall als auch durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärme absolut in den Schatten.

Jupiter ist wirklich, wirklich massiv .