Это ответ на вопрос Является ли Ио машиной магической энергии? предполагает, что энергия внутреннего нагрева Ио из-за приливного «сжимания» , когда он циклически приближается и удаляется от Юпитера по своей эллиптической орбите, будет исходить от энергии орбиты Ио. Орбита с более низкой энергией обязательно меньше, и это фактически означает, что скорость будет больше. (Когда вы хотите поднять орбиту спутника на более высокую высоту, вы фактически используете тягу в направлении движения, чтобы замедлить его.)
Учитывая, что приливные силы немного сложны (ср . Почему Луна удаляется от Земли из-за приливов? Типично ли это для других лун? ), можно ли априори с уверенностью сказать, что нагрев понизит орбиту Ио, заставив ее ускориться ? ? (Учтите, что земная Луна отступает отчасти из-за жидкого океана Земли, а Юпитер является газовым гигантом.) Будет ли уменьшаться только периджов или большая полуось?
Как может (казалось бы, в среднем наивно) радиальная сила вызывать тангенциальное ускорение? Ио приливно привязана к Юпитеру, поэтому ее вращение вокруг собственной оси синхронно с ее вращением вокруг Юпитера.
редактировать: между прочим, если гравитационные взаимодействия между Ио и другими лунами Юпитера делают проблему слишком сложной, чтобы на нее можно было легко ответить, меня больше интересует основная динамика приливного нагрева и влияние на орбиту одной луны, а не конкретно Ио. ситуация.
Как приливное нагревание может понизить орбиту Ио?
Это не так, по крайней мере, не для первого порядка. Эффект первого порядка заключается в том, что приливное нагревание приводит к округлению орбиты Ио. Вопреки этому, орбитальные резонансы с Европой и Ганимедом делают орбиту Ио более эллиптической. Это приводит к хорошей петле гистерезиса.
Предположим, что Ио находится на довольно круговой орбите. Это приводит к уменьшению приливных нагрузок, тем самым заставляя Ио остывать. Более холодный и, следовательно, более жесткий Ио менее подвержен приливным деформациям, чем более теплый и, следовательно, более пластичный Ио. Имея два тела на одной и той же орбите, одно теплое и пластичное, а другое холодное и твердое, более теплое тело испытает больше приливных деформаций, чем более холодное. Это фиксируется объектом Номер любви. Неизбежная задержка отклика означает, что отклик не будет симметричным относительно перицентра/апоцентра для эллиптической орбиты, и чем больше пластичность, тем больше асимметрия. Это фиксируется приливной добротностью объекта. .
Это охлаждение Ио по мере того, как его орбита становится близкой к круговой, позволяет вездесущим резонансным эффектам теперь доминировать над эффектами кругового движения. Орбита Ио постепенно становится более эллиптической. Эта эллиптическая орбита увеличивает приливные нагрузки на холодную, твердую Ио, в конечном итоге заставляя ее нагреваться и становиться более пластичной. Эффекты циркуляризации усиливаются по мере того, как орбита становится все более эллиптической, а внутренняя часть Ио становится более гибкой и пластичной. В конце концов эффекты циркуляризации преобладают над эффектом орбитального резонанса, делая орбиту Ио более круглой — до тех пор, пока цикл не повторится.
Промойте и повторите, по крайней мере, до тех пор, пока держится трехсторонний орбитальный резонанс между Ио, Европой и Ганимедом. Как долго существует этот трехсторонний приливный резонанс и как долго он продлится, насколько мне известно, неизвестно.
Ответ Дэвида Хаммена включает в себя множество интересных деталей того, как орбита Ио развивается во времени (и объясняет, почему Ио все еще может быть вулканической, хотя прямо сейчас орбита Ио чрезвычайно круглая). Это также объясняет, что если бы Ио была полностью заблокирована приливом, без других спутников, то она не нагревалась бы и ее орбита не менялась, что, возможно, больше всего интересовало спрашивающего. Возможно, единственный оставшийся вопрос может заключаться в том, почему луна, которая находится на круговой орбите, но не вращается с правильной скоростью, обнаруживает, что ее орбита меняется?
Для этого есть интересный результат, что если Луна вращается быстрее, чем ее орбита, то задержка реакции формы Луны на ее приливный эквипотенциал означает, что «точки» ее выпуклостей будут выходить за пределы выравнивания с планетой . Это создает крутящий момент от гравитации, который имеет тенденцию замедлять его вращение. Обратное верно, если он вращается медленнее, чем его орбита. Таким образом, вращение блокируется приливом, и с этим связан некоторый нагрев. Но система планета-луна (без учета других спутников) должна сохранять угловой момент, поэтому, если вращение замедляется, этот угловой момент должен проявляться где-то еще — он проявляется на орбите. Так что вместо того, чтобы думать об энергии орбиты (которая не сохраняется из-за выделения тепла и изменения спина), подумайте об угловом моменте вращения плюс орбита.
Поскольку Ио не заблокирована приливом, она тоже не работает, но в своей истории до того, как она была заблокирована, она сделала бы одно или другое. Что касается Земли и Луны, Луна заблокирована приливом, но Земля вращается быстрее, чем орбита Луны, поэтому выпуклости Земли опережают Луну, и поэтому Луна скручивает наше вращение. Эта потеря углового момента должна перейти на орбиту Луны, вот почему Луна удаляется дальше.
Если вы думаете с точки зрения энергии, то вы видите, что Земля нагревается гравитацией Луны. Кроме того, орбита Луны увеличивается в энергии. Так что должен быть источник для обоих из них, и это энергия вращения Земли. Здесь не возникает вопроса о том, как энергия, теряемая в виде тепла, излучаемого Землей, может выйти с орбиты Луны, потому что на самом деле орбитальная энергия увеличивается. Более ясно, как спиновая энергия может идти как на нагрев, так и на орбиту, потому что именно спин создает силы, вызывающие как нагрев, так и орбитальные эффекты. Точно так же, если Луна вращается быстрее, чем ее собственная орбита, то это вращение создает силы на Луне, которые замедляют ее вращение, и часть этой энергии идет на нагрев Луны, а часть идет на подъем собственной орбиты (для сохранения углового момента). ).
Алхимист