Wie können Erde und Mond synchron rotieren, wenn sich der Mond nicht in einer geostationären Umlaufbahn befindet?

Es wird gesagt, dass sich der Mond von der Erde entfernt und dass der Mond während der Phase des Roten Riesen oder des Weißen Zwergs der Sonne etwa 40% weiter entfernt sein wird als jetzt und sich in einer synchronen Rotation ("Hantelrotation") mit der Erde befindet, was bedeutet, dass er dies immer tun wird über demselben Ort auf der Erde sein, wie Pluto-Charon. Aber wie wäre das möglich, wenn sich der Mond nicht in einer geostationären Umlaufbahn befinden würde, die 35.786 Kilometer (22.236 Meilen) über der Erdoberfläche liegt?

Aus Neugier, wo sehen Sie, dass die Erde sich zu diesem Zeitpunkt synchron mit der Umlaufbahn des Mondes dreht? Die Rotation der Erde verlangsamt sich tatsächlich, wie @userumber angibt, aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen mit dem Mond. Aber die Änderungsrate ist zu langsam, um eine synchrone Rotation zu erreichen, wenn die Sonne die Phase des Roten Riesen erreicht (und wird sich noch langsamer ändern, wenn sich der Mond weiter entfernt).
@ELNJ Ich habe zu "roter Riese oder weißer Zwerg" korrigiert, aber die Benutzernummer sagte selbst, dass beide Körper möglicherweise gezeitengesperrt sind, wenn die Sonne ein roter Riese werden soll.
Aber es ist ziemlich wahrscheinlich, dass die Erde von der Sonne verschlungen wird , wenn die Sonne ein roter Riese wird, also ist die Rotationsentwicklung der Erde nach dieser Zeit eine ziemlich akademische Frage :-) Früher dachte ich, dass die Erde und der Mond würde irgendwann synchronisieren, aber wenn Sie die Zahlen ausrechnen, reicht die Zeit nicht. Ich werde später eine Antwort mit der Berechnung hinzufügen.
@ELNJ Wissenschaftler sind sich einfach nicht sicher, ob die Erde (und der Mars) Opfer der Roche-Grenze werden. Sie sind sich nur sicher, dass Merkur und Venus verschluckt werden, Jupiter jedoch nicht. Diese Frage geht davon aus, dass die Erde die Phase des Roten Riesen überleben würde.

Antworten (2)

Obwohl sich die Rotation der Erde aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen mit dem Mond verlangsamt, ist die Zeitskala für die Erde, um eine synchrone Rotation mit der Umlaufbahn des Mondes zu erreichen, selbst nach astronomischen Maßstäben ziemlich lang und wird sicherlich nicht während der Roten-Riesen-Phase stattfinden.

Die aktuelle Änderung der Erdrotation beträgt 1,7 ms/Jahrhundert in den letzten 100 Jahren und 2,3 ms/Jahrhundert seit dem 8. Jahrhundert v. (Siehe Wikipedia für Referenzen.) Um konservativ zu sein (dh um der Erde die beste Chance zu geben, eine synchrone Rotation zu erreichen), nehmen wir die größere Spindown-Rate.

Einheiten umrechnen, das ist

2.3 × 10 − 3   S e C 10 2   j R × 1   D A j 86400   S e C = 2.66 × 10 − 10   D A j j R = 1   D A j 3.76 × 10 9   j R

Bei der aktuellen Änderungsrate verlängert sich die Tageslänge also alle 3,8 Milliarden Jahre um einen (aktuellen) Tag. Bis die Sonne also in 5–7 Milliarden Jahren die Phase des Roten Riesen erreicht, wird der Tag höchstens 2 Tage länger sein, also etwa 3 unserer heutigen Tage. Die Umlaufbahn des Mondes wird länger sein als seine derzeitigen 27,3 Tage (er dreht sich aufgrund der gleichen Wechselwirkungen spiralförmig nach außen), sodass wir an diesem Punkt nicht annähernd synchron rotieren werden.

Angenommen, die Erde überlebt es, während der Roten-Riesen-Phase von der Sonne verschlungen zu werden, wie lange wird es dauern? Bei der oben berechneten Rate erfordert der Wechsel von derzeit 1 Tag zur aktuellen Umlaufzeit des Mondes von 27,3 Tagen eine Änderung von 26,3 Tagen, was bei der aktuellen Rate etwa 100 Milliarden Jahre dauert (etwa 7-mal länger als das aktuelle Alter des Universums). der Veränderung. Wir sind zu diesem Zeitpunkt noch nicht synchronisiert, da sich der Mond zu diesem Zeitpunkt nach außen bewegt hat und daher (nach Keplers drittem Gesetz) eine längere Umlaufzeit haben wird. (Um die richtige Vergleichsperiode zu berechnen, müssten Sie herausfinden, welche Umlaufperiode angesichts des aktuellen Drehimpulses im Erde-Mond-System eine synchrone Rotation ergibt.)

Es gibt zwei Hauptgründe, warum das Obige eine Unterschätzung der Zeitdauer ist:

  1. Wie bereits erwähnt, bewegt sich der Mond in eine größere Umlaufbahn, wenn der Mond durch die Erdrotation an Umlaufdrehimpuls gewinnt. Dies schwächt die Gezeitenwechselwirkungen zwischen Erde und Mond, wodurch sich die Änderungsrate im Laufe der Zeit verlangsamt.

  2. Während der Roten-Riesen-Phase (oder deutlich davor ) werden die Ozeane der Erde verdunsten. Ohne einen flüssigen Ozean wird die vom Mond auf der Erde angehobene Flutwelle viel kleiner sein. Damit ist der Austausch des Drehimpulses und die daraus resultierende Änderungsrate der Tageslänge wieder langsamer.

Es gibt verschiedene andere Effekte, über die Sie spekulieren könnten (z. B. wird die Erde überhaupt einen Mond haben, vorausgesetzt, sie überlebt die Phase des Roten Riesen der Sonne?), aber dies gibt einen Eindruck von den langen Zeitskalen, die Sie für diese spezifische Umlaufbahnentwicklung berücksichtigen müssten .

Wenn ich Sie richtig verstehe, wird sich der Mond nicht so schnell entfernen, wie derzeit angeblich mit etwa 1,6 Zoll pro Jahr. Die Entfernung des Mondes würde sich verlangsamen und es würde mehr als 100 Milliarden Jahre dauern, bis der Mond die endgültige Entfernung erreicht, auf der er bleiben soll.
@Greenhorn Es ist schwierig, zuverlässige Vorhersagen über die Bewegungen der Erde und des Mondes zu treffen, nachdem die Sonne zu einem roten Riesen geworden ist. Die Umlaufbahnen aller Planeten werden betroffen sein, da die Sonne während ihrer Roten-Riesen-Phasen etwa 50 % ihrer derzeitigen Masse verlieren wird.
@PM2Ring Es wird gesagt, dass Erde-Mond, wenn sie überleben, dort umkreisen würde, wo Jupiters Umlaufbahn derzeit ist, etwa fünfmal weiter vom Sonnenzentrum entfernt. Berichten zufolge entfernt sich die Sonne sowieso bereits von der Erde, wie es der Mond angeblich von der Erde tut.
@Greenhorn Nein, die durchschnittliche Entfernung zwischen dem Erde-Mond-System und der Sonne ist derzeit ziemlich stabil, obwohl sich die Entfernung im Laufe des Jahres ändert, da unsere Umlaufbahn eine Ellipse ist. Sie reicht von etwa 147.095.000 km bis 152.100.000 km.
@PM2Ring Angeblich entfernen sich Erde und Sonne langsam voneinander. Ich weiß nicht mehr, woher ich das habe, ich glaube, es stammt von einer der Antworten im folgenden Link, aber es gibt Millionen von Fragen. Hier lernte ich auch einige andere Dinge über die Entwicklung der Sonne und des Mondes. astronews.com/frag/index.shtml

Die Gezeitenbeschleunigung des Mondes auf der Erde verlangsamt die Rotationsgeschwindigkeit der Erde.

Die Höhe der geostationären Umlaufbahn hängt davon ab, wie schnell sich die Erde dreht. Wenn sich die Erde schneller drehen würde, wäre die geostationäre Umlaufbahn niedriger. Im Gegenteil, mit abnehmender Rotationsgeschwindigkeit der Erde wird die geostationäre Umlaufbahn immer höher.

Bis die Sonne ein roter Riese wird, hat sich die Rotationsgeschwindigkeit der Erde so stark verlangsamt, dass der Mond und die Erde durch Gezeiten gesperrt werden können.

Und wie langsam wird sich die Erde voraussichtlich drehen?
@Greenhorn Das könnte wahrscheinlich eine neue Frage sein;)
Ich leite Sie dann zu der Frage weiter: astronomy.stackexchange.com/questions/36918/…
Der letzte Absatz muss gelöscht oder begründet werden. Dies erscheint unwahrscheinlich
Wie können Erde und Mond synchron rotieren, wenn sich der Mond nicht in einer geostationären Umlaufbahn befindet?
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