Ist Io eine magische Energiemaschine?

Die Energie, die den Vulkanismus von Io antreibt, wird von seiner Orbitalenergie und (in geringerem Maße von der Orbitalenergie der anderen Monde und der Energie der Jupiterrotation) abgeleitet. Ähnliche Mechanismen treiben den Kryovulkanismus auf Enceladus und den anderen Eismonden an. Das verfügbare orbitale Energiereservoir ist riesig im Vergleich zu dem, das benötigt wird, um die vulkanische Aktivität anzutreiben.

Dies impliziert, dass die Gravitationswechselwirkungen auf allen Monden im System ihre Umlaufbahnen und Rotationen ändern, wenn auch langsam. Bei unbegrenzter Zeit könnte die Umlaufbahn von Io bis zu einem Punkt zerfallen, an dem sie in Jupiters Roche-Grenze fällt und auseinandergerissen wird.

(Anmerkung: Die Antwort auf Wie kann Gezeitenheizung die Umlaufbahn von Io senken beschreibt dies genauer und weist darauf hin, dass Gezeitenkräfte Energie von Jupiters Rotation auf die Umlaufbahnen seiner Monde übertragen, sodass die Umlaufbahn von Io langfristig größer wird (auf den Punkt gebracht davon, den Jupiter-Orbit zu verlassen), anstatt zu zerfallen.)

Und das scheint ewig so weiterzugehen.

Nicht ganz richtig.

Io scheint ständig im Orbit zu bleiben. Haben wir Magie entdeckt?

Nein und nein.

Die Umlaufgeschwindigkeit von Io beträgt$v = 17.33 \mathrm{km/s}$. Seine Masse ist$m = 8.9319 \cdot 10^{22} \mathrm{kg}$

Die Formel für die kinetische Energie lautet:$E = m \cdot v^2 / 2$

Wenn man die Werte für Io hineinsteckt, beträgt seine gesamte kinetische Energie ungefähr$7 \cdot 10^{40}$Joule nach Wolfram Alpha . Das ist eine sehr, sehr große Menge an Energie. Io kann es sich leisten, einen kleinen Bruchteil davon auszugeben, um sich sehr lange ohne wesentliche sichtbare Veränderungen warm zu halten.

Aber ja, auf einer menschlichen Zeitskala sieht es wie Magie aus.

So weit muss man eigentlich gar nicht suchen. Die Gezeiten hier auf der Erde – Ebbe und Flut – werden von der Schwerkraft unseres Mondes „angetrieben“. Es drückt sich nicht in Hitze und vulkanischer Aktivität aus, aber die Mechanismen sind die gleichen wie auf Io.

Diese Energie (die durch Gezeitenkraftwerke verstromt werden kann und wird ) ist allerdings nicht „kostenlos“. Die Erde drehte sich früher schneller (was die Tage kürzer machte als die heutigen 24 Stunden), und der Mond war früher näher (er driftet immer noch mit ~4 cm pro Jahr weg) ...

Ist Io eine magische Energiemaschine?

Nein, ist es nicht. Die Energiequelle von Io ist Jupiters Rotation. Denken Sie an unseren Mond. Es dreht sich langsam spiralförmig nach außen, weg von der Erde. Der Mond ist keine magische Energiemaschine. Es stiehlt Drehimpuls und Orbitalenergie aus der Erdrotation. Während die Übertragung des Drehimpulses von der Erde zum Mond sehr gleichmäßig ist, ist dies bei der Energieübertragung nicht der Fall. Das Erde-Mond-System ist dissipativ.

Dasselbe gilt für Io und seine Vulkane. Io stiehlt sehr langsam Drehimpuls und Energie aus Jupiters Rotation und gibt dabei einen Teil dieser gestohlenen Energie in den Weltraum ab.

Eine weltbildende Antwort:

In Bezug auf "magische Energie" (ich hasse das Wort Magie, sagen wir freie Energie)

Nehmen wir an, wir haben eine Kolonie weit weg von der Sonne. Jupiter funktioniert, oder ein äußerer Planet, vielleicht sogar der theoretische Planet 9, wo Sonnenkollektoren ziemlich sinnlos wären, Uranbrennstoff knapp sein könnte und 3He Zeit braucht, um sich für die Fusion zu sammeln, also brauchen sie eine Energiequelle.

Theoretisch könnte ein Gerät aus Material- und Massenasteroiden und Kohlefaserkabeln und einer Art Struktur gebaut werden, bei der es eine kugelförmige Außenseite gibt, die sich in einer Umlaufbahn dehnt und drückt, idealerweise wie Io, zwischen dem Planeten und seinem großen Mond wo eine gewisse Exzentrizität und Variation würden beibehalten.

Das Vor- und Zurückdehnen und die Masse der Außenhülle dieses Objekts könnten Kolben ziehen und Strom erzeugen. Die Menge an Elektrizität würde von der Masse, Größe und Flexibilität des kugelförmigen Konstrukts abhängen, und die Energie würde aus einer nahezu unbegrenzten Quelle stammen – der Rotationsenergie des Planeten.

Ob so etwas praktikabel ist, ist eine andere Frage. Ich habe keine Ahnung, ob es überhaupt praktisch wäre, aber es wäre theoretisch möglich.

Sie würden auch einen großen Mond brauchen, sonst würde die Umlaufbahn kreisförmig werden und die Energie würde abnehmen. Aber ein Planet-Large-Moon-System könnte vielleicht funktionieren. Der Nachteil ist, dass so viel Energie in den Bau des Dings gesteckt werden würde, ich bin mir nicht sicher, ob es sich lohnen würde.