Gezeitenbeschleunigung ist eine Wirkung der Gezeitenkräfte zwischen einem umkreisenden natürlichen Satelliten (z.B der Mond) und dem primären Planeten, den es (z.B die Erde) umkreist. Die Beschleunigung ist gewöhnlich negativ, weil sie ein allmähliches Verlangsamen und Zurücktreten eines Satelliten in einer Pro-Rang-Bahn weg von der Vorwahl, und einer entsprechenden Verlangsamung der Folge der Vorwahl verursacht. Der Prozess führt schließlich zu Gezeitenblockierung zuerst des kleineren, und später der größere Körper. Das Erdmondsystem ist der beste studierte Fall.

Der ähnliche Prozess der Gezeitenverlangsamung kommt für Satelliten vor, die eine Augenhöhlenperiode haben, die kürzer ist als die Rotationsperiode der Vorwahl oder diese Bahn in einer rückläufigen Richtung.

Erdmondsystem

Entdeckungsgeschichte der weltlichen Beschleunigung

Edmond Halley war erst, um 1695 darauf hinzuweisen, dass die Mittelbewegung des Monds anscheinend schneller vergleichsweise mit alten Eklipse-Beobachtungen wurde, aber er hat keine Daten gegeben. (Es war in der Zeit von Halley noch nicht bekannt, dass, was wirklich vorkommt, ein Verlangsamen unten der Rate der Erde der Folge einschließt: Siehe auch Ephemeride-Zeit - Geschichte. Wenn gemessen, als eine Funktion der Mittelsonnenzeit aber nicht gleichförmigen Zeit erscheint die Wirkung als eine positive Beschleunigung.) 1749 hat Richard Dunthorne den Verdacht von Halley nach der Wiederprüfung alter Aufzeichnungen bestätigt, und hat die erste quantitative Schätzung für die Größe dieser offenbaren Wirkung erzeugt: Eine centurial Rate +10" (arcseconds) in der Mondlänge (ein überraschend gutes Ergebnis für seine Zeit, die nicht weit von Werten verschieden ist, bewertet später, z.B 1786 durch de Lalande, und sich mit Werten von ungefähr 10" zu fast 13" zu vergleichen, über das Jahrhundert später abgeleitet werden.)

Pierre-Simon Laplace hat 1786 eine theoretische Analyse erzeugt, die eine Basis gibt, auf der sich die Mittelbewegung des Monds als Antwort auf Perturbational-Änderungen in der Seltsamkeit der Bahn der Erde um die Sonne beschleunigen sollte. Die anfängliche Berechnung von Laplace ist für die ganze Wirkung verantwortlich gewesen, so scheinend, die Theorie ordentlich sowohl mit modernen als auch mit alten Beobachtungen anzubinden.

Jedoch, 1854, hat J C Adams die Frage veranlasst, wiedereröffnet zu werden, indem er einen Fehler in der Berechnung von Laplace gefunden hat: Es hat sich herausgestellt, dass nur ungefähr Hälfte der offenbaren Beschleunigung des Monds auf der Basis von Laplace durch die Änderung in der Augenhöhlenseltsamkeit der Erde verantwortlich gewesen werden konnte. Die Entdeckung von Adams hat eine scharfe astronomische Meinungsverschiedenheit provoziert, die einige Jahre gedauert hat, aber die Genauigkeit seines Ergebnisses, das von anderen mathematischen Astronomen einschließlich C E Delaunays abgestimmt ist, wurde schließlich akzeptiert. Die Frage hat von richtiger Analyse der Mondbewegungen abgehangen, und hat eine weitere Komplikation mit einer anderen Entdeckung um dieselbe Zeit erhalten, dass eine andere bedeutende langfristige Unruhe, die für den Mond berechnet worden war (vermutlich wegen der Handlung von Venus) auch irrtümlicherweise war, auf der Nachprüfung gefunden wurde, fast unwesentlich zu sein, und praktisch von der Theorie verschwinden musste. Ein Teil der Antwort wurde unabhängig in den 1860er Jahren von Delaunay und von William Ferrel angedeutet: die Gezeitenzurückgebliebenheit der Folge-Rate der Erde verlängerte die Einheit der Zeit und verursachte eine Mondbeschleunigung, die nur offenbar war.

Es hat für die astronomische Gemeinschaft Zeit in Anspruch genommen, um die Wirklichkeit und die Skala von Gezeiteneffekten zu akzeptieren. Aber schließlich ist es klar geworden, dass drei Effekten, wenn gemessen, in Bezug auf die Mittelsonnenzeit beteiligt werden. Neben den Effekten von Perturbational-Änderungen in der Augenhöhlenseltsamkeit der Erde, wie gefunden, durch Laplace und korrigiert von Adams, gibt es zwei Gezeiteneffekten (eine Kombination, die zuerst von Emmanuel Liais angedeutet ist). Zuerst gibt es eine echte Zurückgebliebenheit der winkeligen Rate des Monds der Augenhöhlenbewegung, wegen des Gezeitenaustausches des winkeligen Schwungs zwischen der Erde und dem Mond. Das vergrößert den winkeligen Schwung des Monds um die Erde (und bewegt den Mond zu einer höheren Bahn mit einer langsameren Periode). Zweitens gibt es eine offenbare Zunahme in der winkeligen Rate des Monds der Augenhöhlenbewegung (wenn gemessen, in Bezug auf die Mittelsonnenzeit). Das entsteht aus dem Verlust der Erde des winkeligen Schwungs und der folgenden Zunahme in der Länge des Tages.

Effekten des Ernstes des Monds

Weil die Masse des Monds ein beträchtlicher Bruchteil von dieser der Erde ist (über 1:81), können die zwei Körper als ein doppeltes Planet-System, aber nicht als ein Planet mit einem Satelliten betrachtet werden. Das Flugzeug der Bahn des Monds um die Erde liegt in der Nähe vom Flugzeug der Bahn der Erde um die Sonne (das ekliptische), aber nicht in der Flugzeug-Senkrechte zur Achse der Folge der Erde (der Äquator), wie gewöhnlich der Fall mit planetarischen Satelliten ist. Die Masse des Monds ist genug groß, und es ist genug nah, um Gezeiten hinsichtlich der Erde zu erheben. Insbesondere das Wasser der Ozeane baucht sich entlang beiden Enden einer Achse aus, die die Zentren der Erde und des Monds durchführt. Die durchschnittliche Gezeitenbeule folgt nah dem Mond in seiner Bahn, und die Erde rotiert unter dieser Gezeitenbeule an gerade mehr als einem Tag. Jedoch schleppt die Folge die Position der Gezeitenbeule vor der Position direkt unter dem Mond. Demzufolge, dort besteht ein wesentlicher Betrag der Masse in der Beule, die von der Linie bis die Zentren der Erde und des Monds ausgeglichen wird. Wegen dieses Ausgleichs ist ein Teil der Anziehungskraft zwischen den Gezeitenbeulen der Erde und dem Mond auf der Erdmondlinie rechtwinklig, d. h. dort besteht ein Drehmoment zwischen der Erde und dem Mond. Das erhöht den Mond in seiner Bahn, und verlangsamt die Folge der Erde.

Infolge dieses Prozesses wird der Mittelsonnentag, der nominell 86400 Sekunden lang ist, wirklich länger, wenn gemessen, in SI-Sekunden mit stabilen Atomuhren. (Das SI zweit, wenn angenommen, war bereits ein wenig kürzer als der aktuelle Wert der zweiten von der Mittelsonnenzeit.) Wächst der kleine Unterschied jeden Tag an, der zu einem zunehmenden Unterschied zwischen unserer Uhr-Zeit (Koordinierte Weltzeit) einerseits, und Atomzeit und Ephemeride-Zeit andererseits führt: Sieh ΔT. Das macht es notwendig, einen an unregelmäßigen Zwischenräumen zweiten Sprung einzufügen.

Zusätzlich zur Wirkung der Ozeangezeiten gibt es auch eine Gezeitenbeschleunigung wegen des Biegens der Kruste der Erde, aber das ist für nur ungefähr 4 % der Gesamtwirkung, wenn ausgedrückt, in Bezug auf die Hitzeverschwendung verantwortlich.

Wenn andere Effekten ignoriert würden, würde Gezeitenbeschleunigung weitergehen, bis die Rotationsperiode der Erde die Augenhöhlenperiode des Monds verglichen hat. Damals würde der Mond immer von einem einzelnen gehefteten Platz auf der Erde oberirdisch sein. Solch eine Situation besteht bereits im System des Pluto-Charon. Jedoch kommt die Verlangsamung der Folge der Erde schnell genug für die Folge nicht vor, um sich zu einem Monat zu verlängern, bevor andere Effekten das irrelevant machen: Ungefähr 2.1 Milliarden Jahre von jetzt an, die dauernde Zunahme der Radiation der Sonne wird die Ozeane der Erde veranlassen, zu verdampfen, den Hauptteil der Gezeitenreibung und Beschleunigung entfernend. Sogar ohne das würde die Verlangsamung zu einem einmonatigen Tag um 4.5 Milliarden Jahre von jetzt an noch immer nicht vollendet worden sein, wenn sich die Sonne zu einem roten Riesen entwickeln und wahrscheinlich sowohl die Erde als auch den Mond zerstören wird.

Gezeitenbeschleunigung ist eines der wenigen Beispiele in der Dynamik des Sonnensystems einer so genannten weltlichen Unruhe einer Bahn, d. h. einer Unruhe, die unaufhörlich mit der Zeit zunimmt und nicht periodisch ist. Bis zu einer hohen Ordnung der Annäherung verursachen gegenseitige Gravitationsunruhen zwischen größeren oder geringen Planeten nur periodische Schwankungen in ihren Bahnen, d. h. Rahmen schwingen zwischen maximalen und minimalen Werten. Die Gezeitenwirkung verursacht einen quadratischen Begriff in den Gleichungen, der zu unbegrenztem Wachstum führt. In den mathematischen Theorien der planetarischen Bahnen, die die Basis von ephemerides, quadratische und höhere Ordnung bilden, kommen weltliche Begriffe wirklich vor, aber das sind größtenteils Vergrößerungen von Taylor der sehr langen Zeit periodische Begriffe. Der Grund, dass Gezeiteneffekten verschieden sind, besteht darin, dass verschieden von entfernten Gravitationsunruhen Reibung ein wesentlicher Teil der Gezeitenbeschleunigung ist, und zu dauerhaftem Verlust der Energie vom dynamischen System in der Form der Hitze führt. Mit anderen Worten haben wir kein System von Hamiltonian hier.

Winkeliger Schwung und Energie

Das Gravitationsdrehmoment zwischen dem Mond und der Gezeitenbeule der Erde veranlasst den Mond, in seiner Bahn und der in seiner Folge zu verlangsamenden Erde gefördert zu werden. Als in jedem physischen Prozess innerhalb eines isolierten Systems werden Gesamtenergie und winkeliger Schwung erhalten. Effektiv werden Energie und winkeliger Schwung von der Folge der Erde zur Augenhöhlenbewegung des Monds übertragen (jedoch, der grösste Teil der durch die Erde verlorenen Energie wird zur Hitze umgewandelt, und nur über einen 30. wird zum Mond übertragen). Der Mond bewegt sich weiter weg von der Erde, so seine potenzielle Energie (im Ernst der Erde gut) Zunahmen. Es bleibt in der Bahn, und aus dem 3. Gesetz von Kepler, hieraus folgt dass seine Geschwindigkeit wirklich abnimmt, so verursacht die Gezeitenhandlung auf dem Mond wirklich eine Verlangsamung seiner Bewegung über den himmlischen Bereich. Obwohl seine kinetische Energie, seine potenziellen Energiezunahmen durch einen größeren Betrag abnimmt.

Die Gezeitenkraft hat einen Bestandteil in der Richtung auf die Bewegung des Monds, und vergrößert deshalb seine Energie, aber der Nichtgezeitenteil des Ernst-Ziehens der Erde (durchschnittlich) ein bisschen umgekehrt auf dem Mond (der durchschnittlich eine geringe äußere Geschwindigkeit hat), so besteht das Nettoergebnis darin, dass sich der Mond verlangsamt. Die winkeligen Augenhöhlenschwung-Zunahmen des Monds.

Der winkelige Rotationsschwung der Erde nimmt ab und folglich die Länge der Tageszunahmen. Die Nettogezeiten, die auf der Erde durch den Mond erhoben sind, werden vor dem Mond durch die viel schnellere Folge der Erde geschleppt. Gezeitenreibung ist erforderlich, die Beule vor dem Mond zu schleppen und aufrechtzuerhalten, und es zerstreut die Überenergie des Austausches der Rotations- und Augenhöhlenenergie zwischen der Erde und dem Mond als Hitze. Wenn die Reibung und Hitzeverschwendung nicht da gewesen sind, würde die Gravitationskraft des Monds auf der Gezeitenbeule schnell (innerhalb von zwei Tagen) bringen die Gezeiten in die Synchronisation mit dem Mond zurück, und der Mond würde nicht mehr zurücktreten. Der grösste Teil der Verschwendung kommt in einer unruhigen untersten Grenzschicht in seichten Meeren wie das europäische Bord um die britischen Inseln, das Bord von Patagonian von Argentinien und Beringmeer vor.

Die Verschwendung der Energie durch Gezeitenreibungsdurchschnitte ungefähr 3.75 terawatts, von denen 2.5 terawatts von der HauptM Mondbestandteil und der Rest von anderen Bestandteilen, sowohl Mond-als auch Sonnen-sind.

Gezeitenbeule eines Gleichgewichts besteht auf der Erde nicht wirklich, weil die Kontinente dieser mathematischen Lösung nicht erlauben stattzufinden. Ozeanische Gezeiten rotieren wirklich um die Ozeanwaschschüssel als riesengroßer gyres um mehrere Amphidromic-Punkte, wo keine Gezeiten bestehen. Der Mond zieht jede individuelle wellenförmige Bewegung an, als Erde rotiert — sind einige wellenförmige Bewegungen vor dem Mond, andere sind dahinter, während noch andere auf beiden Seiten sind. Die "Beulen", die wirklich für den Mond bestehen, um anzuziehen (und die den Mond anziehen) sind das Nettoergebnis, die wirklichen wellenförmigen Bewegungen über alle Ozeane in der Welt zu integrieren. Das Netz der Erde (oder gleichwertig) Gleichgewicht-Gezeiten haben einen Umfang von nur 3.23 Cm, der durch ozeanische Gezeiten völlig überschwemmt wird, die um einen Meter zu weit gehen können.

Historische Beweise

Dieser Mechanismus hat seit 4.5 Milliarden Jahren gearbeitet, seitdem sich Ozeane zuerst auf der Erde geformt haben. Es gibt geologische und paläontologische Beweise, dass die Erde schneller rotiert hat, und dass der Mond an der Erde in der entfernten Vergangenheit näher war. Gezeitenrhythmites lassen Schichten von Sand und Schlamm aufgestellt von der Küste von Flussmündungen abwechseln, die große Gezeitenflüsse haben. Täglich können Monats- und Saisonzyklen in den Ablagerungen gefunden werden. Diese geologische Aufzeichnung ist mit diesen Bedingungen vor 620 Millionen Jahren im Einklang stehend: Der Tag war 21.9±0.4 Stunden, und es gab 13.1±0.1 synodic Monate/Jahr und 400±7 Sonnentage/Jahr. Die Länge des Jahres ist eigentlich unverändert während dieser Periode geblieben, weil keine Beweise bestehen, den die Konstante der Schwerkraft geändert hat. Die durchschnittliche Zurücktreten-Rate des Monds zwischen dann und ist jetzt 2.17±0.31 Cm/Jahr gewesen, der ungefähr Hälfte der gegenwärtigen Rate ist.

Quantitative Beschreibung des Erdmondfalls

Der Bewegung des Monds kann mit einer Genauigkeit von einigen Zentimeter durch die Mondlaseranordnung (LLR) gefolgt werden. Laserpulse werden von Spiegeln auf der Oberfläche des Monds gedrängt, der während der Missionen von Apollo von 1969 bis 1972 und von Lunokhod 2 1973 in Stellung gebracht ist. Das Messen der Rückzeit des Pulses gibt ein sehr genaues Maß der Entfernung nach. Diese Maße werden an die Gleichungen der Bewegung geeignet. Das gibt numerische Werte für die weltliche Beschleunigung des Monds in der Länge und der Rate der Änderung der Halbhauptachse der Erdmondellipse nach. Von der Periode 1970-2007 sind die Ergebnisse:

: 25.85"/cy ² in der ekliptischen Länge

: (cy ist Jahrhunderte, die hier ins Quadrat gebracht sind)

: +38.14 Mm/deine in der Mittelerdmondentfernung

Das ist mit Ergebnissen von Satellitenlaseranordnung (SLR), eine ähnliche Technik im Einklang stehend, die auf künstliche Satelliten angewandt ist, die die Erde umkreisen, die ein Modell für das Schwerefeld der Erde einschließlich dieses der Gezeiten nachgibt. Das Modell sagt genau die Änderungen in der Bewegung des Monds voraus.

Schließlich geben alte Beobachtungen von Sonneneklipsen ziemlich genaue Positionen für den Mond in jenen Momenten. Studien dieser Beobachtungen geben Ergebnisse, die mit dem Wert im Einklang stehend sind, der oben angesetzt ist.

Die andere Folge der Gezeitenbeschleunigung ist die Verlangsamung der Folge der Erde. Die Folge der Erde ist auf allen zeitlichen Rahmen (von Stunden bis zu den Jahrhunderten) wegen verschiedener Ursachen etwas unregelmäßig. Die kleine Gezeitenwirkung kann in einer kurzen Periode nicht beobachtet werden, aber die kumulative Wirkung auf die Folge der Erde, wie gemessen, mit einer stabilen Uhr (Ephemeride-Zeit, Atomzeit) eines Fehlbetrags von sogar einigen Millisekunden jeden Tag wird sogleich bemerkenswert in ein paar Jahrhunderten. Seit einem Ereignis in der entfernten Vergangenheit sind mehr Tage und Stunden (wie gemessen, in vollen Folgen der Erde) (Koordinierte Weltzeit) gegangen als, wie gemessen, mit stabilen Uhren, die zur gegenwärtigen, längeren Länge des Tages (Ephemeride-Zeit) kalibriert sind. Das ist als ΔT bekannt. Neue Werte können beim Internationalen Erdfolge- und Bezugssystemdienst (IERS) erhalten werden. Ein Tisch der wirklichen Länge des Tages in den letzten wenigen Jahrhunderten ist auch verfügbar.

Von der beobachteten Änderung in der Bahn des Monds kann die entsprechende Änderung in der Länge des Tages geschätzt werden:

: +2.3 ms/cy

: (cy ist Jahrhunderte).

Jedoch von historischen Aufzeichnungen im Laufe der letzten 2700 Jahre wird der folgende durchschnittliche Wert gefunden:

: +1.70 ± 0.05 ms/cy

Der entsprechende kumulative Wert ist eine Parabel, die einen Koeffizienten von T ² (Zeit in Jahrhunderten quadratisch gemacht) hat von:

: ΔT = +31 s/cy²

Das Entgegensetzen der Gezeitenverlangsamung der Erde ist ein Mechanismus, der tatsächlich die Folge beschleunigt. Die Erde ist nicht ein Bereich, aber eher ein Ellipsoid, das an den Polen glatt gemacht wird. SLR hat gezeigt, dass dieses Flachdrücken abnimmt. Die Erklärung ist, dass während der Eiszeit große Massen des Eises, das an den Polen gesammelt ist, und die zu Grunde liegenden Felsen niedergedrückt haben. Die Eismasse hat angefangen, vor mehr als 10000 Jahren zu verschwinden, aber die Kruste der Erde ist noch immer nicht im hydrostatischen Gleichgewicht und prallt noch zurück (wie man schätzt, ist die Entspannungszeit ungefähr 4000 Jahre). Demzufolge bleibt das polare Diameter der Erdzunahmen, und seit der Masse und Dichte dasselbe, das Volumen bleibt dasselbe; deshalb nimmt das äquatoriale Diameter ab. Demzufolge rückt Masse der Drehachse der Erde näher. Das bedeutet, dass sein Moment der Trägheit abnimmt. Weil sein winkeliger Gesamtschwung dasselbe während dieses Prozesses, der Folge-Rate-Zunahmen bleibt. Das ist das wohl bekannte Phänomen eines spinnenden Zahl-Schlittschuhläufers, der jemals schneller spinnt, weil sie ihre Arme zurücknimmt. Von der beobachteten Änderung im Moment der Trägheit kann die Beschleunigung der Folge geschätzt werden: Der durchschnittliche Wert im Laufe der historischen Periode muss ungefähr 0.6 ms/cy gewesen sein. Das erklärt größtenteils die historischen Beobachtungen.

Andere Fälle der Gezeitenbeschleunigung

Die meisten natürlichen Satelliten der Planeten erleben Gezeitenbeschleunigung zu einem gewissen Grad (gewöhnlich klein) abgesehen von den zwei Klassen Gezeiten-verlangsamter Körper. In den meisten Fällen, jedoch, ist die Wirkung klein genug, dass sogar nach Milliarden von Jahren die meisten Satelliten nicht wirklich verloren werden. Die Wirkung ist wahrscheinlich für zweiten Monddeimos des Mars am ausgesprochensten, der ein erddurchquerender Asteroid werden kann, nachdem es aus dem Griff des Mars leckt.

Die Wirkung entsteht auch zwischen verschiedenen Bestandteilen in einem binären Stern.

Gezeitenverlangsamung

Das kommt in zwei Varianten:

1. Schnelle Satelliten: Einige innere Monde der riesigen Gasplaneten und Bahn von Phobos innerhalb des gleichzeitigen Bahn-Radius, so dass ihre Augenhöhlenperiode kürzer ist als die Folge ihres Planeten. In diesem Fall bleiben die Gezeitenbeulen, die durch den Mond auf ihrem Planeten erhoben sind, hinter dem Mond und der Tat zurück, um es in seiner Bahn zu verlangsamen. Die Nettowirkung ist ein Zerfall der Bahn dieses Monds als es allmählich Spiralen zum Planeten. Die Folge des Planeten beschleunigt auch ein bisschen im Prozess. In der entfernten Zukunft werden diese Monde den Planeten oder das Kreuz innerhalb ihrer Grenze von Roche zusammenpressen und in Bruchstücke Gezeiten-gestört werden. Jedoch sind alle diese Monde im Sonnensystem sehr kleine Körper, und die Gezeitenbeulen, die von ihnen auf dem Planeten erhoben sind, sind auch klein, so ist die Wirkung gewöhnlich schwach und die Bahn langsam verfällt. Die betroffenen Monde sind:
2. *Around Mars: Phobos
3. *Around Jupiter: Metis und Adrastea
4. *Around-Saturn: Niemand, abgesehen von den Ringpartikeln (wie Jupiter ist Saturn ein sehr schneller rotator, aber hat keine Satelliten nahe genug)
5. *Around Uranus: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Amorette, Belinda und Perdita
6. *Around Neptun: Najade, Thalassa, Despina, Galatea und Larissa
7. Rückläufige Satelliten: Alle rückläufigen Satelliten erfahren Gezeitenverlangsamung zu einem gewissen Grad, weil die Augenhöhlenbewegung des Monds und die Folge des Planeten in entgegengesetzten Richtungen sind, wieder herstellende Kräfte von ihren Gezeitenbeulen verursachend. Ein Unterschied zum vorherigen "schnellen" Satellitenfall hier ist, dass die Folge des Planeten auch verlangsamt aber nicht beschleunigt wird (winkeliger Schwung wird noch erhalten, weil in solch einem Fall die Werte für die Folge des Planeten und die Revolution des Monds entgegengesetzte Zeichen haben). Der einzige Satellit im Sonnensystem, für das diese Wirkung nichtunwesentlich ist, ist Neptuns Mondtriton. Alle anderen rückläufigen Satelliten sind auf entfernten Bahnen, und Gezeitenkräfte zwischen ihnen und dem Planeten sind unwesentlich.

Wie man

glaubt, hat die Planet-Venus keine Satelliten hauptsächlich, weil irgendwelche hypothetischen Satelliten Verlangsamung vor langer Zeit von jeder Ursache ertragen hätten; Venus hat eine sehr langsame und rückläufige Folge.

Siehe auch

• Gezeitenblockierung
• Gezeitenkraft
• Gezeiten
• Gezeitenheizung

Links

• Das Zurücktreten des Monds und das Alter des Erdmondsystems
• Gezeitenheizung als beschrieben durch die Universität von Washingtoner Professor Toby Smith