Nuestra luna y la luna de Saturno, Titán, tienen esta característica. Debido a esto solo observamos un lado (hemisferio) de nuestra luna. ¿Por qué es esto? ¿Cuál es la newtoniana o la astrofísica que explicaría esto? Parece que sería una especie de equilibrio al que se llega con el tiempo, pero no lo entiendo.
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Respuestas:
La respuesta a esto es sin duda las fuerzas de marea, pero eso no explica el mecanismo exacto de cómo las fuerzas de marea resultan en el bloqueo de la marea , es decir, un cuerpo en órbita que muestra la misma cara al cuerpo central que orbita debido a la velocidad de rotación y la revolución. tasa igual. Describiré este mecanismo usando el sistema Tierra-Luna para que pueda ser específico, pero se aplica igualmente para cualquier sistema.
Para comenzar, las fuerzas de marea son el resultado de fuerzas gravitacionales diferenciales a través de la masa distribuida de un cuerpo. La Luna no es una masa puntual, tiene un tamaño extendido. La fuerza de gravedad en la Luna por la Tierra depende de la distancia (como lo es la fuerza de gravedad para cualquier cosa). Lo que esto significa es que en el lado de la Luna que mira hacia la Tierra, la fuerza de la gravedad es más fuerte y a medida que avanzas a través de la Luna hacia el lado opuesto a la Tierra, la fuerza de la gravedad se debilita. Esto significa que el lado de la Luna que mira hacia la Tierra se tira más fuerte y más cerca de la Tierra, mientras que el lado opuesto a la Tierra, mientras aún se tira hacia la Tierra, no se tira tan fuerte o tan cerca. En última instancia, esto da como resultado que la Luna se deformede modo que se vuelva ligeramente achatado y se estire en la dirección de la Tierra. Esta flexión de la superficie se conoce como mareas.
Ahora supongamos que la Luna no está actualmente bloqueada por la marea con la Tierra, y de hecho gira un poco más rápido de lo que orbita. La Tierra está causando mareas en la Luna y la Luna está girando sobre su eje. Las mareas, causadas por las fuerzas de marea, quieren permanecer alineadas con la línea Tierra-Luna, ya que esa es la dirección en que se aplican las fuerzas de marea. Sin embargo, lleva tiempo y mucha energía deformar la Luna. Una vez que la Luna se deforme, girará e intentará tirar de esa deformidad de marea junto con ella, moviendo efectivamente el bulto de marea por delante de la línea Tierra-Luna. La Tierra todavía está aplicando la fuerza de marea a lo largo de esa línea Tierra-Luna para intentar tirar de la línea de marea. Esta fuerza constante que trata de tirar de la protuberancia de la marea hacia atrás (o hacia adelante si la Luna gira demasiado lento) permite una transferencia de impulso para reducir la velocidad de la Luna (o de nuevo, acelerarla si es demasiado lenta). El punto principal aquí es que el bloqueo de las mareas es un estado de equilibrio porque si la Luna gira demasiado lento o demasiado rápido, la Tierra que intenta empujar la protuberancia de la marea hacia la línea Tierra-Luna cambiará la velocidad de rotación de la Luna hasta que se convierta en marea. bloqueado Una vez que está bloqueado por la marea, esa protuberancia de marea siempre estará a lo largo de la línea Tierra-Luna y esta fuerza desaparecerá. la Tierra que intenta tirar del bulto de marea en la línea Tierra-Luna cambiará la velocidad de rotación de la Luna hasta que quede bloqueada por la marea. Una vez que está bloqueado por la marea, esa protuberancia de marea siempre estará a lo largo de la línea Tierra-Luna y esta fuerza desaparecerá. la Tierra que intenta tirar del bulto de marea en la línea Tierra-Luna cambiará la velocidad de rotación de la Luna hasta que quede bloqueada por la marea. Una vez que está bloqueado por la marea, esa protuberancia de marea siempre estará a lo largo de la línea Tierra-Luna y esta fuerza desaparecerá.
Sin embargo, eso cubre aproximadamente la mitad de la respuesta. Al tratar de bloquear la marea de la Luna a la Tierra, debe considerar dos períodos de tiempo. El primero, discutido en el párrafo anterior, es el tiempo de rotación de la Luna alrededor de su eje. El otro es el tiempo de revolución de la Luna alrededor de la Tierra. Ambos deben coincidir. El párrafo anterior describió cómo el tiempo de rotación de la Luna alrededor de su eje podría verse afectado, pero también hay un medio para afectar el tiempo de revolución de la Luna alrededor de la Tierra. Afortunadamente, esto es por un mecanismo casi idéntico al anterior. En efecto, la Luna también causa protuberancias de marea en la Tierra y, dado que la Tierra gira, estas protuberancias de marea no se alinearán directamente con la línea Tierra-Luna. Este bulto de marea no alineado en la Tierra actúa para transferir energía a la velocidad orbital de la Luna, haciendo que se acelere o disminuya la velocidad. Por cierto, a través de la conservación del momento angular, esto necesariamente hace que la Luna se aleje de nosotros a un ritmo pequeño pero persistente.
En resumen, las fuerzas de marea causan el bloqueo de la marea, pero sucede a través de fuerzas complejas y lentas durante un largo período de tiempo que afectan tanto la velocidad orbital de la Luna como la velocidad de rotación hasta que se encuentra un equilibrio. Ese equilibrio es el bloqueo de las mareas.
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La respuesta simple es: fuerzas de marea, que son un efecto secundario de la gravedad. De la misma manera que la Luna causa mareas bajas y altas de los océanos aquí en la Tierra, la Tierra también tiene un efecto similar en la Luna.
La fuerza es del mismo origen, aunque mucho más fuerte debido a la masa de la Tierra. Estas fuerzas de marea causan un par en la rotación de la Luna y es por eso que solo muestra la misma cara a la Tierra.
Dato curioso, Plutón y su única luna, Caronte, muestran solo una cara durante su órbita debido a la fuerza de las mareas. Además, las fuerzas de marea también están ralentizando la rotación de la Tierra.
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