Почему у некоторых лун период вращения равен периоду обращения?

Наша луна и луна Сатурна, Титан, имеют эту особенность. Из-за этого мы наблюдаем только одну сторону (полушарие) нашей луны. Почему это? Что такое ньютоновская или астрофизическая теория, которая могла бы объяснить это? Кажется, что со временем наступит какое-то равновесие, но я этого не понимаю.

Ответ на это, безусловно, приливные силы, но это не объясняет точный механизм того, как приливные силы приводят к приливной блокировке , то есть, орбитальное тело показывает ту же сторону к центральному телу, что и орбиты из-за скорости вращения и вращения Оценить равенство. Я опишу этот механизм, используя систему Земля-Луна, чтобы я мог быть конкретным, но он одинаково применим для любой системы.

Начнем с того, что приливные силы являются результатом дифференциальных гравитационных сил по всей распределенной массе тела. Луна не является точечной массой, она имеет увеличенный размер. Сила притяжения Земли на Луне зависит от расстояния (как и сила притяжения для всего). Это означает, что на обращенной к Земле стороне Луны сила тяжести сильнее, и когда вы продвигаетесь через Луну к противоположной Земле стороне, сила гравитации становится слабее. Это означает, что обращенная к Земле сторона Луны становится сильнее и ближе к Земле, в то время как противоположная сторона Земли, все еще притягиваясь к Земле, не притягивается так сильно или близко. В конечном итоге это приводит к деформации Лунытакой, что она становится слегка сплюснутой и вытянутой в направлении Земли. Это изгиб поверхности известен как приливы.

Теперь давайте предположим, что Луна в настоящее время не имеет приливной привязки к Земле и фактически вращается немного быстрее, чем она вращается. Земля вызывает приливы на Луне, а Луна вращается вокруг своей оси. Приливы, вызванные приливными силами, хотят оставаться на одной линии с линией Земля-Луна, поскольку это направление, в котором применяются приливные силы. Однако, чтобы деформировать Луну, требуется время и много энергии. Как только Луна деформируется, она начинает вращаться и пытается вытянуть приливную деформацию вместе с ней, эффективно перемещая приливную выпуклость впереди линии Земля-Луна. Земля все еще применяет приливную силу вдоль линии Земля-Луна, чтобы попытаться вернуть приливную выпуклость обратно в линию. Эта постоянная сила, пытающаяся оттянуть приливную выпуклость назад (или вперед, если Луна вращается слишком медленно), позволяет передаче импульса замедлять Луну (или снова ускорять ее, если она слишком медленная). Основной момент здесь заключается в том, что приливная блокировка является состоянием равновесия, потому что, если Луна вращается слишком медленно или слишком быстро, Земля, пытающаяся втянуть приливную выпуклость в линию Земля-Луна, изменит скорость вращения Луны, пока она не станет приливной. заперта. Как только он будет приливно привязан, эта приливная выпуклость всегда будет вдоль линии Земля-Луна, и эта сила исчезнет. Земля, пытающаяся втянуть приливную выпуклость в линию Земля-Луна, будет изменять скорость вращения Луны до тех пор, пока она не станет приливно-откидной. Как только он будет приливно привязан, эта приливная выпуклость всегда будет вдоль линии Земля-Луна, и эта сила исчезнет. Земля, пытающаяся втянуть приливную выпуклость в линию Земля-Луна, будет изменять скорость вращения Луны до тех пор, пока она не станет приливно-откидной. Как только он будет приливно привязан, эта приливная выпуклость всегда будет вдоль линии Земля-Луна, и эта сила исчезнет.

Это покрывает примерно половину ответа, хотя. При попытке привязать Луну к Земле вы должны учитывать два периода времени. Первое, обсужденное в предыдущем абзаце, - это время вращения Луны вокруг своей оси. Другое время революции Луны вокруг Земли. Оба должны совпадать. В предыдущем параграфе описывалось, как можно влиять на время вращения Луны вокруг своей оси, но есть также способы влияния на время вращения Луны вокруг Земли. К счастью, это почти идентичный механизм, описанный выше. По сути, Луна также вызывает приливные выпуклости на Земле, и, поскольку Земля вращается, эти приливные выпуклости не будут напрямую выровнены с линией Земля-Луна. Этот не выровненный приливный выпуклость на Земле действует для передачи энергии орбитальной скорости Луны, вызывая его ускорение или замедление. Кстати, благодаря сохранению момента импульса это неизбежно приводит к тому, что Луна отходит от нас с небольшой, но постоянной скоростью.

В сумме, приливные силы вызывают приливную блокировку, но это происходит посредством сложных и медленных сил в течение длительного периода времени, влияющего как на скорость орбиты Луны, так и на скорость вращения, пока не будет найдено равновесие. Это равновесие - приливная блокировка.

Простой ответ: приливные силы, которые являются вторичным эффектом гравитации. Точно так же, как Луна вызывает приливы и отливы океанов здесь на Земле, Земля также оказывает аналогичное воздействие на Луну.

Сила имеет то же происхождение, однако намного сильнее из-за массы Земли. Эти приливные силы вызывают вращение на Луне, и поэтому он показывает только то же лицо к Земле.

Забавный факт, что Плутон и только Луна Харон показывают только одно лицо во время их орбиты из-за приливной силы. Также приливные силы замедляют вращение Земли тоже.