El período de rotación de la luna alrededor de la Tierra es idéntico a su rotación alrededor de su eje. ¿Cuáles son las probabilidades de que esto suceda por casualidad, o hay física detrás de este hecho?

El período de rotación de la luna alrededor de la Tierra es idéntico a su rotación alrededor de su eje. ¿Cuáles son las probabilidades de que esto suceda por casualidad, o hay física detrás de este hecho?

Dado que ya hay buenas respuestas a esta pregunta, esta respuesta es más especializada para aquellos que conocen un poco de matemática, pero no sobre el bloqueo de las mareas.

La superficie de un líquido coincide con una superficie equipotencial gravitacional. Un cuerpo sólido, si es lo suficientemente grande como para ser dominado por su propia gravedad, es decir, más de unos pocos cientos de kilómetros de diámetro, también fluye gradualmente en tal forma. Aunque la Luna tiene detalles relativamente pequeños, como montañas y cráteres, que se desvían de su superficie equipotencial gravitacional, a mayor escala sigue dicha superficie. El punto importante para esta pregunta es determinar la forma de esa superficie equipotencial.

El campo potencial gravitacional dentro y en la superficie de la Luna consiste principalmente en su propio campo, más el de la Tierra.

Como una aproximación de primer orden, supongo que el campo potencial de la Luna es esféricamente simétrico. Más abajo, considero la validez de esta aproximación, es decir, la naturaleza de la perturbación de segundo orden.

Para obtener la contribución debida a la Tierra, la mejor manera es expresarla como una suma de armónicos esféricos sobre el centro de la Luna (si está familiarizado con los armónicos esféricos). El término de orden cero, siendo constante, no representa ninguna fuerza. El término de primer orden se cancela precisamente por el hecho de que la Luna está en caída libre. El término de segundo orden es el término de orden más bajo con cualquier efecto, y los términos de orden más alto que eso son insignificantes, para cualquier ubicación en y sobre la superficie de la Luna, porque el radio de la Luna es pequeño en comparación con su distancia desde Tierra.

El término de segundo orden es simétrico bajo rotación alrededor del eje a través de los centros de la Tierra y la Luna. La variación restante es que el término de segundo orden aumenta a un valor específico en un radio más alto a lo largo de ese eje que perpendicularmente a él, porque el campo de la Tierra es más atractivo a medida que uno se acerca a él, menos lejos.

Una vez que la luna se deforma en tal forma, la perturbación en su potencial gravitacional debido a las dos jorobas tiende a estar en la dirección de promover la deformación. Por lo tanto, corregir la aproximación invocada anteriormente enfatiza la deformación.

Esto significa que la Luna tiende a asentarse en una forma alargada a lo largo de ese eje. Si la Luna está girando, tiende a cambiar su forma mientras gira, para adaptarse a esa superficie equipotencial. El líquido, si hubiera alguno en la Luna, cambiaría su forma rápidamente, al igual que las mareas en la Tierra, mientras que los sólidos cambian mucho más lentamente. Debido a la lentitud del cambio de forma, la forma se desvía de la superficie equipotencial de una manera que tiende a retrasar la rotación:

(Esta imagen en realidad muestra la acción de arrastre de marea de la Luna en la Tierra, que funciona de la misma manera. Es lo mejor que puedo proporcionar porque, aparte de eso, Google solo me da imágenes de zapatos).

A largo plazo, este arrastre de mareas conduce al bloqueo de las mareas.

Si la órbita de la Luna fuera más excéntrica, la resistencia sería mucho más fuerte cuando la Luna en periapsis, es decir, esté más cerca de la Tierra, que en cualquier otro lugar. Entonces, la velocidad de rotación de la Luna podría establecerse en una coincidencia con la velocidad angular de la Luna allí, lo que podría conducir a una resonancia que es una relación de enteros. Eso es lo que le sucedió a Mercurio, que tiene una resonancia de 3: 2, lo que significa que su día dura dos años.

Sí, hay física detrás de esto. Es un proceso llamado bloqueo de mareas. Típicamente visto cuando un cuerpo más pequeño orbita alrededor de uno mucho más masivo (aunque puede suceder con prácticamente cualquier par de cuerpos si se les da el tiempo suficiente).

A medida que la luna gira alrededor de la Tierra, o más específicamente el baricentro / centro de masa de la Tierra-luna, deforma la Tierra. Esto es más visible con las mareas, pero también está presente en la corteza rocosa de todo el planeta (tomó un tiempo antes de que los constructores de grandes pistas de aceleración de partículas se dieran cuenta de que esta es la razón por la cual sus datos tenían un ciclo mensual).

Este efecto abultado aplica un par a ambos cuerpos, ralentizando la rotación hasta que la rotación del eje sea igual a la velocidad de rotación orbital. Esencialmente, la parte abultada de la Tierra produce una atracción gravitacional compensada que ralentiza la rotación de la luna. Entonces, cuando la luna se formó por primera vez, habría tenido un giro más rápido que ahora ha perdido.

Eventualmente (aunque el sol morirá antes de que esto suceda realmente) la Tierra también se fijará en la Luna y terminaríamos como un par bloqueado, como Plutón y Charon (que se han bloqueado entre sí porque ambos están bajos) masa y la distancia de Plutón-Caronte es relativamente pequeña). Entonces, como con Plutón y Caronte, ¡sería posible construir una escalera / puente / elevador desde la Tierra hasta la Luna!

Honestamente, si un planeta es golpeado por otro planeta y forma un satélite natural que tiene el mismo período de rotación que su período orbital en el instante después de su formación, todos los astrónomos y científicos se sorprenderían mucho, incluso yo.

Esto no es una coincidencia. La gravedad de la Tierra lentamente hace que el período de rotación de la Luna se sincronice con su período orbital si es más lento o más rápido. Esto se llama bloqueo de marea. Es bastante complicado, pero básicamente, la parte de la Luna que está más cerca y más lejos de la Tierra se estira (la más cercana se estira porque la Tierra tira más que el centro de la Luna, ya que más cerca de la Tierra significa una gravedad más fuerte, pero la más lejana también se estira). porque el centro de la Luna se tira más que el punto más alejado). Cuando la Luna gira más rápido de lo que orbita alrededor de la Tierra, el bulto no está orientado directamente a la Tierra, sino un poco más en sentido antihorario porque las cosas necesitan tiempo para moverse. La Tierra trata de hacer que la protuberancia esté directamente hacia ella, porque el punto más cercano se está tirando para que esté lo más cerca posible de la Tierra. Pero tirar de su punto más cercano significa que tira contra su rotación, lo que lo ralentiza. Finalmente, la rotación de la Luna se rindió y comenzó a seguir su período orbital, lo que significa que el bulto finalmente se enfrentó directamente a la Tierra, lo que estabilizó la rotación de la Luna.

En realidad, ahora que lo pienso, busque “cómo funciona el bloqueo de mareas” y encuentre algo que lo explique más fácilmente que yo.

Además, esto está sucediendo en la situación opuesta. La rotación de la Tierra no está sincronizada con el período de la Luna, lo que significa que la gravedad de la Luna está ralentizando la rotación de la Tierra en este momento. En aproximadamente 50 mil millones de años, la rotación de la Tierra finalmente se rendirá también a la Luna y ambos objetos solo mostrarán la misma cara el uno al otro. Algo así como el sistema Plutón-Caronte. Pero dado que la superficie del Sol se acercará a la órbita de la Tierra a medida que crece y muere en 5.400 millones de años, no estoy seguro de si la Tierra puede sobrevivir el tiempo suficiente para lograr esto después de la muerte del Sol, y mucho menos la Luna.

El período de rotación de la luna alrededor de la tierra es idéntico a su rotación alrededor de su eje. ¿Cuáles son las probabilidades de que esto suceda por casualidad o hay física detrás de este hecho?

Hay física detrás de esto, el bloqueo de las mareas para ser exactos. Es un fenómeno bastante común y de ninguna manera es evidencia de que alguna entidad lo haya hecho, en caso de que esta hubiera sido la dirección del razonamiento.

Como otros ya respondieron, es Tidal Locking. La Luna es mucho menos masiva que la Tierra y, como consecuencia, se cerró hace mucho tiempo, hace miles de millones de años. La Tierra eventualmente lograría el bloqueo de mareas con la Luna, pero no es probable que lo veamos pronto, ya que no sucederá en decenas de miles de millones de años a partir de ahora. Además, el sol se degradará en un gigante rojo, consumiendo los planetas internos, incluida la Tierra, mucho antes de esto, en unos 5 mil millones de años más o menos, superando el bloqueo de las mareas de la Tierra en unas decenas de miles de millones de años. Este efecto de marea es responsable del cambio extremadamente minúsculo en la rotación de la Tierra alrededor de su eje gradualmente haciendo que la duración de un día solar medio (promedio) sea más larga (y también el día sideral).

Notas al pie:
El Día Sideral es una rotación de 360 ​​grados de la Tierra vista con estrellas muy distantes, conocida como el campo de estrella fija con el tiempo entre los cenit sucesivos de una estrella “fija”. No son 24 horas, sino unos minutos menos que eso. El Día Solar es el momento de rotación de la Tierra desde el cenit solar al cenit solar. En el cronometraje civil, se utiliza el día solar medio y son 24 horas. El Día Sideral es unos minutos menos de 24 horas. ¿Por qué? La Tierra está en órbita alrededor del sol en la misma dirección que su rotación sobre su eje. Para alcanzar el cenit solar nuevamente, debe rotar aproximadamente 361 grados, (aproximadamente) un grado más allá de una rotación completa, para llevar nuevamente al sol al cenit solar. Por lo tanto, cuando se alcanza el cenit solar en el lado iluminado de la Tierra, el cenit sideral con estrellas fijas ya ha pasado aproximadamente 4 minutos. Sin duda, algunos fanáticos de la astronomía se opondrán a estos valores porque no son precisos. Que así sea. Son simplemente aproximados, muy aproximados. Para el propósito de esta discusión, NO necesitamos ni siquiera dos o tres dígitos significativos de precisión para comprender el concepto.

Esto ciertamente no es una ocurrencia casual. Hay física detrás de esto.

La Luna está en una resonancia de giro de órbita 1: 1, más comúnmente llamada bloqueo de marea. No es un accidente: si la Luna gira sobre su eje menos de una vez cada vez que orbita alrededor de la Tierra, entonces cada vez que la Luna se acerca al apogeo, el giro de la Luna recibiría una pequeña patada de las mareas que la Tierra levanta en la roca de la luna. Esto tendería a acelerar el giro de la Luna, y ocurriría algo similar si la Luna girara más rápido que una vez en cada órbita terrestre, la Luna se ralentizaría.

Tal resonancia puede ser estable para varias relaciones de enteros, siempre que las mareas sean lo suficientemente fuertes, y siempre que una luna o un planeta en órbita tenga tres momentos distintos de inercia. Los momentos de inercia no tienen que ser muy diferentes entre sí, pero si dos son iguales, de modo que el cuerpo es cilíndricamente simétrico alrededor del eje de rotación, entonces la resonancia de la órbita giratoria no es estable.

Hay otros ejemplos de resonancia de marea de órbita giratoria en el sistema solar, el más famoso de los cuales es Mercurio, que actualmente se encuentra en un bloqueo de marea 3: 2 en su órbita alrededor del Sol. El planeta gira tres veces por cada dos veces que orbita alrededor del sol.

Las principales lunas de Júpiter también están en resonancias orbitales.

Resonancia orbital – Wikipedia

Comentaré la respuesta que incluyó esta frase “de ninguna manera es evidencia de que alguna entidad lo haya hecho así”:

“¿Quién es este que oscurece el consejo con palabras sin conocimiento?

Vístete para la acción como un hombre;

Te interrogaré y me lo harás saber …

Puedes leer toda la escritura antigua en el pasaje de Bible Gateway: Job 38 – Nueva versión internacional

Esto es algo natural y ocurre en otros lugares, como Plutón y Caronte, y algunas de las lunas de los planetas exteriores del sistema solar. Ocurre como parte del bloqueo de las mareas, que ya ha sido descrito por otros contribuyentes.

No tiene nada que ver con el azar. La luna solía girar sobre su eje más rápido que nada. Se trata de un fenómeno llamado “bloqueo de mareas”. Búscalo en Wikipedia, obtendrás una mejor explicación de la que puedo darte.

Es algo común: la luna más grande de Plutón (Charon) también está bloqueada por la marea con Plutón, de hecho, si la memoria me sirve, ambas están bloqueadas mutuamente por la marea.

Se llama frenada de marea. Es una ocurrencia muy común en el sistema solar. Probablemente sea más fácil para usted googlear que explicar con gran detalle aquí, pero en pocas palabras los cuerpos rara vez son homogéneos en todo momento. A medida que giran los puntos pesados, se tiran con más fuerza cuando están más cerca y más lejos de la primaria. Esto provoca un freno gradual a la rotación.

Bloqueo de mareas, como otros han mencionado aquí. Todos los satélites están bloqueados 1: 1 con sus planetas. Mercurio, con un año ~ 88 de días terrestres y un período de rotación de ~ 58 días terrestres, está actualmente en una resonancia 3: 2 con el sol y eventualmente llegará a un bloqueo 1: 1.