¿Cómo se bloquea la luna o el planeta por marea?

La física implica ideas bastante complejas de torque en ambos objetos, y se entiende mejor cuando se lee la parte “Mecanismo” de este artículo de Wikipedia: Bloqueo de mareas

Sin embargo, haré todo lo posible para explicar esto. Permítanme explicar primero su efecto sobre un objeto A significativamente más ligero cuando los objetos A y B están orbitando gravitacionalmente entre sí (imagine la tierra (B) y la luna (A)). Al igual que la tierra y la luna, digamos que cuando se ve desde el polo norte de B, el objeto A gira en sentido antihorario alrededor de B.

Entonces, primero está la idea del abultamiento gravitacional que es esencial para entender esto. La física es la misma que para las mareas aquí en la tierra: los objetos A y B que se giran entre sí alargarán ambos en el eje que los conecta. En el artículo de Wikipedia, este eje se llama eje mayor porque el eje más largo de una elipse se llama eje mayor, y los dos objetos se convierten en elipses tridimensionales (elipsoides) con el mismo eje mayor. Para obtener información sobre cómo funciona este abultamiento, busque la física de las mareas.

Bien, ahora sabemos que el abultamiento gravitacional está afectando a los objetos A y B, debemos agregar el hecho de que ambos objetos comienzan con una velocidad angular aleatoria (velocidad de rotación). Esta velocidad no necesita ser la misma para ambos, o la misma que la velocidad angular orbital de A y B.

Supongamos que A tiene una velocidad angular más rápida que la velocidad angular orbital, por lo que un observador entre los objetos que siempre se enfrenta a A y su espalda siempre se enfrenta a B vería que el lado izquierdo de A se acerca a él y el lado derecho de A desaparece. Déjame intentar explicar la situación nuevamente. Cuando se ve desde arriba del polo norte de B, A está girando en sentido antihorario alrededor de B, y está girando en sentido antihorario alrededor de su propio eje más rápido de lo que está girando alrededor de B. ¡Espero que esta imagen mental esté en su mente!

Dado que el abultamiento gravitacional intenta constantemente crear un elipsoide de A en el eje mayor, pero el objeto A gira en sentido antihorario con respecto al eje mayor, cuando se ve desde arriba, esta es la imagen de A creada (ignore las flechas azules por ahora ):

La imagen aquí (de wikipedia) es una vista extrema de lo que ocurre con el objeto A. Nuevamente, el objeto B estaría en algún lugar de la línea roja del eje mayor, no importa si está arriba o abajo en esta imagen. Entonces, lo que está sucediendo aquí es que A está tratando de sobresalir en línea con el eje mayor, pero su propia rotación en sentido antihorario está causando que el bulto se desplace un poco en sentido antihorario desde el eje mayor. La razón del cambio es porque el material de A tiene que seguir moviéndose, estirándose y contrayéndose para mantenerse al día con las demandas de abultamiento gravitacional, y no puede hacerlo lo suficientemente rápido como para mantener su propia rotación. ¿Entendido? ¡Esa es la parte difícil ahora!

Ahora podemos llegar a esas flechas azules. Cuando un objeto como A con su forma de “esferoide prolado” está en órbita alrededor de B, hay un par gravitacional B aplicado a A. Dado que, desde la perspectiva de B, el lado derecho de A está en realidad un poco más cerca que el lado izquierdo, el derecho el lado se tira hacia B con más fuerza de lo habitual, y el lado izquierdo se tira más débilmente de lo habitual. Esta fuerza desigual ejerce un par al objeto A en la dirección de las flechas azules, lo que ralentiza su rotación en sentido antihorario porque el par está en el sentido horario, opuesto a la rotación del objeto. Una mejor explicación de esto es que a medida que el lado derecho se tira más fuerte que el izquierdo, A se debilita lentamente de su momento angular, lo que disminuye su velocidad angular. Este proceso continúa hasta que A no tiene un momento angular con respecto al eje mayor, y por lo tanto siempre está orientado hacia B con la misma cara y tiene la misma velocidad angular axial que la velocidad angular orbital de A y B.

Este concepto se puede aplicar a los casos en que A tiene una velocidad angular más lenta, cero o incluso opuesta que la velocidad orbital con solo pensar en la protuberancia en el lado opuesto del eje mayor, y un par que hace que A coincida una vez más con el orbital. y velocidades angulares y de nuevo haciendo que A siempre se enfrente a B.

El objeto B se ve igualmente afectado por A, pero el par resultante es mucho menor en comparación con el momento angular mucho mayor de B, por lo que el efecto tarda mucho más en completarse. Y si A y B no están en una parte aislada del espacio, como la tierra y la luna, B nunca puede unirse con A.

Finalmente, agregaré que estas fuerzas funcionan mejor para bloquear con marea ambos objetos cuando los objetos tienen aproximadamente la misma masa, y las velocidades angulares iniciales no son demasiado diferentes drásticamente de la velocidad angular orbital inicial.

Para responder a su nota acerca de por qué la Tierra no está bloqueada por el sol con la marea, la Tierra no se ve tan fuertemente afectada por la gravedad del Sol como la Luna lo está por la Tierra. Además, hay una gran diferencia en la velocidad angular de la tierra y la velocidad angular orbital de la tierra y el sol: la tierra gira 366.25 veces más rápido de lo que gira. (365.25 son los días en un año, más uno, ya que una tierra verdaderamente estacionaria tendría un día negativo por año)

nota: por velocidad angular axial, básicamente me refiero a las rpm del objeto que gira alrededor de su propio eje. Por velocidad angular orbital, me refiero a las rpm de ambos objetos alrededor del punto en el que ambos giran. (rpm no es exactamente lo mismo que la velocidad angular, pero ambas se aplican aquí) Si uso la velocidad angular en lugar de la velocidad angular axial, o la velocidad orbital en lugar de la velocidad angular orbital, por favor ignore el cambio, quiero decir lo mismo. Además, existe una gran posibilidad de que los términos que utilicé no sean los términos oficiales utilizados en los libros de física, lo siento.

El bloqueo de mareas es bastante complejo, pero esta es la respuesta más simple que puedo darle:

Los planetas y las lunas no son sólidos completamente rígidos. Incluso la luna es un poco “flexible”. Cuando una luna gira alrededor de un planeta mientras gira a una velocidad diferente, la fuerza de gravedad no es la misma en todos los puntos de la luna. Esto hace que la luna se “hinche” un poco. El bulto hace que la luna sea ligeramente elíptica. El lado lejano de esa luna torcida experimenta una fuerza gravitacional ligeramente menor del planeta que el lado cercano, y esto provoca una fuerza de torsión (un par) en la luna. Esto tira lentamente de la rotación para que coincida con la revolución. Cuando la rotación y las revoluciones coinciden, las protuberancias también se alinean y la fuerza de torsión es cero. Esto mantiene la rotación y la revolución de la luna unidas, el bloqueo de las mareas.

Es un poquito como andar en bicicleta. El giro de las ruedas ayuda a bloquear la bicicleta en la posición vertical, y cuando te inclinas de una forma u otra, las ruedas giratorias “resisten” y te empujan hacia atrás. De manera similar, cuando la rotación y la revolución de una luna no están sincronizadas, la gravedad “resiste” la rotación y la empuja a alinearse. No es mi mejor analogía, pero estoy tratando de hacerte una idea de lo que está sucediendo.

Este bulto, por cierto, es el mismo que el bulto de agua causado por la luna, también conocido como las mareas (de ahí el nombre). La luna está bloqueada por la marea con la Tierra, pero la Tierra no está bloqueada por la marea con la luna … todavía. Dado el tiempo suficiente, la gravedad de la luna ajustaría la rotación de la Tierra para alinearla con la revolución de la luna alrededor de la Tierra, y tanto la Luna como la Tierra estarían bloqueadas por la marea. Pero como la luna es mucho menos masiva que la Tierra, esto tomará miles de millones de años.

En resumen: la gravedad causa protuberancias. Las protuberancias causan torque. El par cambia la rotación para que coincida con la revolución. Este estado se llama bloqueo de marea.

Absolutamente sorprendentes respuestas aquí. ¡No había considerado que cuando la luna se separó o adquirió la gravedad de la Tierra, todavía era más como masilla que roca! ¡Debe haber una (pequeña) diferencia en el diámetro de la luna entre el lado que mira y el ancho que vemos! ¡Eso solo nos mantendría frente a nosotros durante los últimos millones de años! Gracias a todos…