천문학

지구와 달의 조석

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달이 조석으로 지구에 고정되어 있기 때문에 지구에서는 달의 한 면만 볼 수 있습니다.

달에서 지구의 모든면을 볼 수 있습니까?


지구와 달 하다 상호 작용하지만 크기와 질량이 다르기 때문에 각각에 미치는 영향이 다릅니다.

달은 지구를 중심으로 한 궤도에서 한 번 회전하여 계속 같은 얼굴을 보여줍니다. 이것은 중력에 의한 조석 끌기 때문에 지구가 달에 미치는 영향이었습니다.

그것은 매우 안정적이며, 달은 조력으로 인해 더 멀고 먼 궤도를 공전하더라도 지구에 동일한 얼굴을 계속 보여줄 것입니다.

실제로 우리는 달의 50 % 이상을 봅니다. 달의 궤도는 적도를 직접 공전하지 않기 때문에 궤도가 약간 타원형이고 흔들 리기 때문에 측면이 고개를 끄덕입니다. 시간이 지남에 따라 실제로 달 표면의 거의 60 %를 볼 수 있습니다 (해방이라고하는 효과).

달이 지구에 미치는 영향은 일일 자전을 24 시간으로 늦추는 것입니다. 과거에는 달이 지구에 훨씬 가까웠고 그날은 훨씬 짧았습니다. 시간이 지나고 달이 더 넓은 궤도로 이동함에 따라 지구의 하루 길이가 늘어날 것입니다 (예 :이 Scientific American 게시물 참조).

나는 달이 특정 지점으로 후퇴했다가 다시 지구에 접근하기 시작할 것이라고 읽었지만, 불행히도 그 전에 태양은 적색 거성으로 부풀어 지구와 달을 삼킬 것입니다.


예. 지구에 대한 달의 조석 고정은 달이 한 번 회전하고 지구 궤도를 도는 데 필요한 시간과 정확히 같은 시간에 축을 형성한다는 것을 의미합니다. 항상 지구의 같은면을 보려면 지구가 축을 중심으로 회전해야하는 시간, 즉 24 시간 내에 궤도를 공전해야합니다. 달 궤도는 지구 주위를 도는 데 약 27 일이 걸리므로 달에서 지구가 아래로 회전하는 것을 볼 수 있으며 시간이 지나면 모든 측면을 볼 수 있습니다.

궤도주기는 지구로부터의 거리에 따라 결정됩니다. 지구에서 멀리 떨어진 물체는 더 느리게 궤도를 돌고 물체는 더 빨리 가까워집니다. 항상 지구의 같은면을 보려면 물체가 특정 장소에 있어야합니다. 정지 궤도, 적도 평면에 있습니다. 이것은 지구 중심에서 42000km 또는 표면에서 약 36000km에 있습니다.
텔레비전 및 기타 통신 위성은 정지 궤도에 있으며,이 궤도는 너무 붐비기 때문에 위성이 이웃에서 불과 수십 킬로미터 떨어진 곳에 있습니다. 모두가 북미 또는 유럽에 서비스를 제공하기 위해 적절한 경도의 위성을 원합니다.

케플러의 제 3 법칙은 궤도주기 제곱과 제곱 거리 사이에 고정 된 관계가 있다고 말합니다. 예를 들어 달의 제곱 일수는 약 750입니다. 달의 거리를 정지 궤도의 거리로 나누면이 같은 숫자를 얻게됩니다.


달이 지구의 달과 같이 상당한 질량을 가지고있을 때 조력 발생합니다. 조력은 두 물체 사이의 고르지 않은 중력을 의미합니다. 이것은 또한 만조썰물 주어진 시간에 달에 가장 가까운 바다에 따라 태어납니다. 역사의 과정에서 지구에 의한 달의 강한 중력은 달의 자전을 이동시켜 결국 일치하는 궤도 패턴을 만들어 냈습니다. 이 균일 한 회전은 달이 잠김 지구에.

간단히 말해, 불균형 중력으로 인한 수년 간의 이동으로 인해 지구가 회전 할 때 달은 정확한 회전을 복사하여 우주선이 아닌 경우 달의 반대편을 볼 수 없게됩니다.


내용

달 [편집 | 소스 편집]

대부분의 달은 조석으로 잠기고 있으며, 조석은 매우 가깝게 공전하고 조석의 힘이 거리를 줄이면 증가하기 때문에 원색으로 잠 깁니다. 명왕성과 카론은 카론이 1 차에 비해 큰 달이고 상대적으로 가까운 궤도를 가지고있는 조석 잠금의 특별한 예입니다. 명왕성의 다른 위성은 카론의 효과로 인해 혼란스럽게 잠겨 있습니다. 지구의 달의 자전과 궤도주기는 서로 조석으로 고정되어 있기 때문에 달이 지구에서 관측 될 때와 상관없이 항상 달의 동일한 반구가 보입니다. & # 160 달에서 지구를 관측하면 지구는 그렇지 않습니다. t 하늘을 가로 질러 보이는 것처럼 보이지만 동일한 위치에 남아있는 것처럼 보이며 자체 축에서 회전합니다.

소행성 위성의 조석 고정은 현재 거의 알려지지 않았습니다.

행성 [편집 | 소스 편집]

수성은 3 : 2의 회전 궤도를 가지며 태양 주위를 두 번 회전 할 때마다 세 번 회전하므로 관측 지점에서 동일한 위치가 지정됩니다. 수은은 형성 후 초기에 약 1 천만 ~ 2 천만년 동안 3 : 2 회전 상태에있었습니다. 금성과 지구는 조석이 잠기는 결과를 알 수없는 극도로 가까운 궤도를 돌고 있습니다.
외계 행성 Proxima Centauri b 궤도는 부모 별이 조석 고정되어있어 수성처럼 동기화 된 회전과 3 : 2 회전 궤도 유사성을 모두 표현합니다.

별 [편집 | 소스 편집]

가까운 쌍성들은 1 개의 별이되기 전에 조석이 잠겨있는 것으로 밝혀졌다. 특이한 예인 Tau Boötis는 별이 Tau Boötis b 행성에 의해 잠긴 조석일 수 있습니다. 별은 다른 위도에서 다른 속도로 회전하는 기체 체이기 때문에 조석 잠금은 Tau Boötis의 자기장에 의해 발생합니다.


달의 불황

  • 달의 순 전진 가속도
  • 달을 약간 이동 더 크게 궤도

달 침체 율은 아폴로 임무 (Apollo 11, 14 및 15)와 두 개의 소련 착륙선 (Lunakhod 1 및 2)에 의해 달에 남겨진 역 반사체 배열을 사용하는 레이저 거리 측정 실험을 사용하여 측정 할 수 있습니다. 지구상의 망원경은 반사경 배열에서 레이저 빔을 반사하고 달까지의 거리를 밀리미터 단위로 측정합니다.


행성의 영향

3.3 생물권 진화

지구-달 시스템의 증거에 따르면 크레이터 속도는 기본적으로 3.0Ga의 일정한 값에 접근하는 것으로 안정화되었습니다. 큰 분지 형성 영향은 더 이상 발생하지 않았지만 여전히 가끔 충돌이 발생하여 크기 범위의 크레이터가 발생했습니다. 수백 킬로미터. 지상 기록에는 캐나다의 Sudbury와 남아프리카의 Vredefort의 잔해가 포함되어 있으며, 원래의 분화구 직경은 각각 ~ 250km와 ~ 300km, 나이는 ~ 2Ga로 추정됩니다.이 크기의 사건은 가능성이 낮습니다. 고체 지구권에 상당한 장기적 변화를 일으켰지 만 지구의 생물권에 영향을 미쳤을 가능성이 있습니다. 이러한 실제 선캄브리아 기 충돌 분화구 외에도 호주와 남아프리카에서 비교적 최근에 ~ 2.0 ~ 3.5Ga에 이르는 여러 변칙 구형 상이 발견되었습니다. 지구 화학적 및 물리적 증거 (충격 된 석영)는 현재 이러한 침대 중 일부에 대한 충돌 원인을 나타내지 만 그 근원 크레이터는 알려져 있지 않습니다. 표시된 바와 같이 호주에있는이 구상 중 하나가 남아프리카에있는 것과 시간적으로 상관 관계가 있다면 그 공간적 범위는 32,000km2를 초과하게됩니다.

현재, 큰 충격 사건과 생물 층 기록의 변화 사이에 직접적인 물리적, 화학적 연관성이있는 유일한 경우는 약 6 천 5 백만년 (Ma) 전에 발생한“백악기-삼차 경계”입니다. 충격에 대한 전 세계적 물리적 증거에는 석영 및 기타 광물에서 충격에 의해 생성 된 미세한 평면 변형 기능, 스티 쇼 바이트 (석영의 고압 다 형체) 발생 및 충격 다이아몬드 고온 광물이 증기 응축 물로 여겨지며 일반적으로 다양합니다. 변경된 충격 용융 구형. 화학적 증거는 주로 운석 물질의 혼합물을 나타내는 지구 화학적 변칙으로 구성됩니다. 육지의 늪지대와 웅덩이에 놓인 방해받지 않는 북미 구역에서 경계는 두 개의 유닛으로 구성됩니다. 하나는 탄도 분출과 연결된 아래쪽, 다른 하나는 충격 화구의 대기 분산과 후속 낙진과 관련된 것입니다. 일정 기간. 이 불 덩어리 층은 전 세계적으로 발생하지만 분출 지평선은 북미에서만 알려져 있습니다.

백악기 –3 차 경계는 지구의 생물 층 기록에서 대량 멸종을 표시합니다. 원래는 충격으로 인한 대기 중의 먼지가 전체적으로 어두워지고 광합성이 중단되고 냉각되는 것으로 생각되었습니다. 다른 잠재적 인 살해 메커니즘이 제안되었습니다. 예를 들어 그을음은 경계 퇴적물에서도 확인되었으며 그 기원은 전 세계적으로 분산 된 산불 때문입니다. 대기 중의 그을음은 지구 먼지 구름이 생성하는 영향을 강화하거나 압도했을 수 있습니다. 최근에는 기화 및 용융 된 분출물이 대기에 미치는 영향을 이해하는 데 점점 더 많은 관심이 집중되고 있습니다. 충격의 증기와 용융 기둥에서 응축 된 분출물의 탄도 재진입에 의해 생성 된 열 복사 모델은 지구 표면에서 열 복사 펄스의 발생을 나타냅니다. 65 Ma 전 육지 동물의 생존 패턴은이 강렬한 열 펄스가 생물권에 대한 최초의 지구 적 타격이라는 개념과 일반적으로 일치합니다.

백악기-제 3 기 경계 퇴적물의 기록은 중대한 영향의 발생과 일치하지만, 잠재적 인 살해 메커니즘 및 관련 대량 멸종에 대한 세부 사항 중 많은 부분이 완전히 알려지지 않은 것은 분명합니다. “킬러 분화구”는 멕시코의 유카탄 반도에있는 ~ 1km의 퇴적물 아래에 묻혀있는 Chicxulub으로 알려진 ~ 180km의 직경 구조로 확인되었습니다. 충격을받은 석영 입자의 농도와 크기의 변화와 경계 퇴적물, 특히 분출 층의 두께는 중앙 아메리카의 원천 분화구를 가리 킵니다. 충격을받은 광물은 동위 원소 나이가 65 Ma 인 충격 용융 암석과 마찬가지로 구조물의 내부 및 외부 퇴적물에서 발견되었습니다.

Chicxulub은 잠재적 멸종 메커니즘에 대한 단서를 보유 할 수 있습니다. 표적 암석에는 무수 석고 (CaSO4), Chicxulub 영향에 대한 모델 계산은 SO2 방출 된 것은 정확한 충격 조건에 따라 300 억에서 3000 억 톤 사이의 황산을 대기로 보냈을 것입니다. 연구에 따르면 대규모 화산 폭발 후 온도가 낮아지는 것은 주로 황산 에어로졸 때문입니다. Chicxulub 충격에 의해 생성 된 황산 질량의 상한 및 하한 추정치를 모두 사용하는 모델은 지구 온도를 섭씨 수도까지 떨어 뜨립니다. 황산은 결국 산성비로 지구로 되돌아 오게되며, 이는 해양 상층의 산성화를 유발하고 잠재적으로 해양 멸종으로 이어질 것입니다. 또한 대기 중 질소와 산소의 충격 가열은 NO를 생성합니다.엑스 오존층에 영향을 미치는 가스, 따라서 지구 표면에 도달하는 자외선의 양. 유황을 함유 한 에어로졸과 마찬가지로이 가스는 대기의 물과 반응하여 질산을 형성하여 추가 산성비가 발생합니다.

지구상에서 Chicxulub 크기의 사건의 빈도는 ~ 100 Ma마다 한 번 정도입니다. 더 작지만 여전히 중요한 영향은 더 짧은 시간 척도에서 발생하며 다양한 정도까지 육상 기후와 생물권에 영향을 미칠 수 있습니다. 일부 모델 계산에 따르면 20km 정도의 작은 충돌 분화구 형성에서 대기로 분진이 주입되면 전 세계적으로 빛이 감소하고 온도가 저하 될 수 있습니다. 이러한 영향은 약 백만년마다 약 2 ~ 3 회의 빈도로 지구에 발생하지만 생물권에 심각한 영향을 미치지 않을 것입니다. 그러나 현재 환경에서 가장 취약한 구성 요소는 생존을 위해 조직적이고 기술적으로 복잡한 인프라에 크게 의존하는 인간 문명입니다. 우리가 문명을 수백만 년으로 생각하는 경우는 거의 없지만 문명이 충분히 오래 지속되면 충격에 의해 심각하게 고통 받거나 파괴 될 수 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다.

과거 기간에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 1908 년 러시아에서 발생한 Tunguska 사건은 고도 ~ 10km에서 상대적으로 작은 물체의 대기 폭발 때문이었습니다. 관측 된 지진 교란을 생성하는 데 필요한 에너지를 기반으로 방출 된 에너지는 ~ 10 메가톤의 TNT 폭발과 동일한 것으로 추정되었습니다. 폭발로 약 2,000km2의 시베리아 숲이 황폐화되었지만 인명 손실은 없었습니다. Tunguska와 같은 사건은 천년의 시간 단위로 발생합니다. 다행히 지구 표면의 70 %는 바다이며 대부분의 육지 표면은 인구 밀도가 낮습니다.


문재인의 "조석 자물쇠"회전 이론-무엇이 문제인가?

제가이 위협을 만드는 목적은 달의 자전이 지구 궤도에 고정되어있는 이유에 대한 합리적인 설명을 찾는 것입니다.

"조석 잠금"은 문제가된다. 왜냐하면 여기 지구에서도 과학자들은 왜 매일 두 개의 조수가 달에 가까운쪽에 하나, 반대쪽에 하나가 있는지에 대한 적절한 설명이 없기 때문입니다. 그것은 중력에 대한 우리의 이해와 정반대로 모순됩니다. (왜 바다는 흰자 모양이 아니고 지구는 노른자입니까?) 우리는 수천 년 동안 조수를 관찰 해 왔지만 절반을 설명 할 수 없습니다. 달의 자전이 "조석 고정"에 의해 발생한다는 것을 "알고"있다고 ​​주장하는 것은 "조력"보다 훨씬 적은 조수를 관찰 할 수없는 경우 과학이 아니라 순수한 위선입니다.
en.wikipedia.org.

스스로가 정한 과학 과제는 현상을 관찰하고 이론으로 설명하는 것입니다. 그러나 각 이론은 하나의 모순이 발견 될 때까지만 유효합니다. 사람들은 과학이 지식이 아닌 이론만을 제공한다는 것을 깨달아야합니다. 어떤 설명이나 이론이 적절하고 어느 것이 적절하지 않은지 결정하는 것은 모든 사람에게 달려 있습니다.

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"토크는 회전을 일으키는 경향이있는 레버-암 거리와 힘의 교차 곱으로 정의됩니다."
내 의견 불일치를 설명하기 위해 먼저 단단하고 무게 중심이 회전축에서 떨어진 달을 고려할 것입니다. 회전을 시도 할 때 한쪽의 "토크"가 다른 쪽보다 크므로 중력이 속도를 늦 춥니 다. 그러나 무게 중심이 다른쪽에 도달하면 토크가 동일한 양의 힘을 적용하여 다시 가속합니다.

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달이 완벽한 구체이지만 바다 나 다른 액체가 있다면 지구의 중력은 액체를 더 가까이 끌어 당겨서 달이 부풀어 오르거나 압착되게합니다 (따라서 "조력"이라는 이름). 달의 중심에있는 용융 금속의 길쭉한 모양은 본질적으로 비대칭이되어 토크 력이 균형을 잃게하여 회전 속도를 늦 춥니 다. 단단한 달이있는 위의 예와 달리 무게 중심이 반대쪽으로 떨어지지 않습니다 (따라서 다시 가속되지 않음).

그러나 이러한 토크 효과는 물에는 적용되지 않습니다. 낮은 "점도"(흐름에 대한 저항성 : 꿀 대 물)로 인해 물은 쉽게 흐르고 중력이 명령하는대로 빠르게 흐릅니다. 따라서 길쭉한 모양은 항상 지구를 직접 가리킬 것입니다. 무게 중심이 대칭 축에서 제거되지 않은 상태에서 토크 힘은 방향을 바꾸는 쪽과 마찬가지로 접근하는 쪽 모두에 동일하게 적용됩니다.

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반면에 움직이는 액체는 마찰을 일으 킵니다. 마찰로 인해 조력은 에너지 손실 인 열을 생성하여 회전의 ​​관성 (속도를 유지하려는 경향)을 감소시킵니다.

실제 달을 살펴 보겠습니다. 그것은 어느 정도 녹은 코어가 있습니다. 몸 전체에 비해 크기가 작고 점도가 높으며 큰 움직임을 막는 높은 압력으로 인해 부풀어 오르거나 다른 움직임이 최소화되는 것처럼 보입니다. 벌지의 정도는 원인이 될 토크를보기 전에 이러한 요소의 함수로 계산되어야합니다.

결론 : 그러한 돌출로 인해 달이나 행성이 "조금씩 잠기는"데 걸리는 시간을 결정하려면 모호한 추정치에 지나지 않는 많은 요인이있는 괴물 같은 계산이 필요합니다. 오늘날의 통찰력과 측정 할 기술적 능력으로 단언 할 수있는 것은 거의 없습니다. 나는 이것을 우리의 "가장 유용한"과학 이론, 지식이 아니라 그럴듯한 가정이라고 생각합니다.

내가 옳거나 틀렸다고 생각하십니까? 내 설명과 결론에 대한 비판 및 / 또는 수정을 받기를 바랍니다. 나는 "고집이 완고하다"거나 주류 과학자들이 "지식"으로 간주하는 이론이기 때문에 이론을 받아들이기를 거부하는 다른 어떤 잘못된 특성을 말할 필요가 없습니다. 그러나 저에게 모순되거나 부족한 것처럼 보입니다. 합리적이고 논리적 인 추론.


Tidal Lock에 대한 심층 분석

적색 왜성 거주 가능 구역과 조석 잠금 장치가 항상 등장합니다. 행성이 생명체에 적합한 온도를 유지할 수있을만큼 희미한 붉은 별에 충분히 가까우면 한 얼굴이 영원히 그쪽으로 향하지 않을까요? 그러나 Ashley Baldwin이 아래 에세이에서 설명했듯이 조석 잠금은 우리가 때때로 깨닫는 것보다 더 복잡합니다. 그리고 그러한 행성에 대한 온대 기후 모델을 생성하는 방법이 있지만 조석 잠금 자체는 M- 왜성뿐만 아니라 K- 및 심지어 태양과 같은 G- 등급 별의 요소입니다. 몇 가지 시작 조건을 뒤집 으면 지구 자체가 조석 잠금 상태에있을 수 있습니다. 지칠 줄 모르는 Baldwin 박사는 최근 외계 행성 연구를 면밀히 주시하고 있으며, 천문학 장학금과 5 Boroughs Partnership NHS Trust (영국 워 링턴)의 컨설턴트 정신과 의사로서의 경력을 어떻게 든 균형을 이루고 있습니다. 현재의 사고가 적색 왜성 거주 가능성의 문제에 중요한 주제에 대한 많은 것을 배우려면 계속 읽으십시오.

작성자 : Ashley Baldwin

& # 8220 조석 고정 & # 8221, & # 8220 포획 된 회전 & # 8221 또는 & # 8220 스핀 궤도 고정 & # 8221 등은 궤도를 도는 천체 (달, 행성 또는 별)가 항상 같은 얼굴을 나타낼 때 가장 잘 알려진 모습에서 발생합니다. 궤도를 도는 물체를 향해. 이 경우 '위성'몸체의 궤도를 '동기'라고 할 수 있으며, 조석으로 잠긴 몸체가 파트너를 궤도를 돌기 위해 자체 축을 중심으로 회전하는 데 시간이 오래 걸립니다. 이것은 주체의 중력이 궤도를 도는 물체를 길쭉한 '확장'모양으로 구부리기 때문에 발생합니다. 이것은 차례로 중앙 신체와 다양한 중력 상호 작용에 노출됩니다.

그림 1: 조석 스트레스 및 조석 고정

'오 비터'가 회전함에 따라 이제 길쭉한 축이 중심 질량과 일치하지 않게되어 궤도를 가로 질러 회전 할 때 섭동합니다. 따라서 에너지 교환 및 소산을 통해 브레이크 역할을 할 수있는 중력 유도 토크를 받게되며, 후자는 교란 된 궤도 물체에서 마찰에 의한 열 손실을 통해 발생합니다. M 왜소 거주 가능 구역이 중심 별에 더 가까워서 중력 영향이 더 크기 때문에이 소산 된 열이 외계 행성의 전체 에너지 플럭스에 실질적으로 기여하고 거주 가능성에 영향을 미칠 수있는 방법을 쉽게 알 수 있습니다. 폭주하는 온실 시나리오로 기울입니다. (코 파라 푸 2013).

수백만 년 (또는 그 이상)에 걸쳐이 프로세스는 & # 8220 궤도 동기화 & # 8221로 이어질 수 있습니다. 이것은 궤도를 도는 물체가 완료된 궤도 과정에서 더 이상 순 회전 교환이없는 상태에 도달 할 때 발생합니다 (Barnes 2010). 조석 잠김 상태에서 벗어나는 것은 시스템에 에너지를 추가해야만 가능합니다. 이것은 다른 거대한 물체 (예 : 행성 또는 이원계의 별)가 평형을 깨뜨릴 때 발생할 수 있습니다. 두 몸체의 질량 (예 : Pluto & # 038 Charon)이 비슷하면 서로 조석으로 고정 될 수 있습니다.

모든 조석 고정이 동기화를 포함하는 것은 아닙니다. & # 8220 슈퍼 동기화 & # 8221은 궤도를 도는 몸체가 부모 몸체에 조석으로 고정되지만 고정되지만 더 빠른 속도로 회전하는 경우 발생합니다. 이에 대한 화제의 예는 이전의 & # 8220 지구 동기 전송 궤도 & # 8221 (GTO)입니다. 런처 사양에서 항상 & # 8220Payload to GTO & # 8221을 확인합니다. 이 궤도는 많은 위성이 작동 수명을 시작하는 정지 궤도의 외부에 있지만, 궤도 전 삽입 경사 변경이 가능하며 최종 삽입 전에 추진제를 경제적으로 소비하지 않습니다. 또는 이러한 궤도는 작동하지 않는 위성이나 관련 파편, 소위 '지리 묘지 벨트'(Luu 1998)에 대한 투기장으로 사용할 수 있습니다. 시뮬레이션은 이러한 궤도 유형의 변형에 많은 외계 행성이 존재할 수 있음을 시사합니다.

중심 별과의 중력 상호 작용은 에너지 교환 및 열 분산을 통해 수성과 같은 더 작은 행성 체의 점진적인 회전 속도를 늦 춥니 다. 이것은 궤도를 도는 물체를 가로 지르는 미묘하지만 중요한 조력 변화 때문입니다 (중력은 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례한다는 점을 기억하세요. 따라서 '중력 구배'가 고체 전체에 존재하여 돌출을 유발 함) . 그러나 초기 행성 궤도가 상당히 편심하면이 효과는 궤도주기 (특히 가장 강한 중력 상호 작용 지점 인 근시에서)에 걸쳐 크게 변하고 대신 스핀 궤도 공명을 유발할 수 있습니다. Mercury & # 8217s의 경우, 이것은 3 : 2 (2 개의 궤도 당 3 개의 회전)이지만 다른 비율은 2 : 1에서 5 : 2까지 발생할 수 있습니다 (Mahoney 2013). 이 효과는 중력 효과가 가장 큰 더 가까이있는 행성에서 가장 두드러 지므로 그 효과는 널리 퍼져있는 빽빽한 외계 행성 구조 (예 : TRAPPIST-1)에 더 적합해야합니다.

궤도를 도는 물체의 궤도가 거의 원형이고 달과 같이 축 기울기가 최소 또는 0 인 극단적 인 경우에는 동일한 반구 (해방 허용)가 1 차 질량을 향합니다.

즉, 간단하게하기 위해 이제 우리는 더 작은 질량체 (외계 행성)가 훨씬 더 무거운 물체 (별)를 공전한다고 가정 할 것입니다. & # 8212 이것은 거주 가능성에 대한 피할 수없는 고개를 끄덕이면서이 리뷰의 초점입니다.

간결한 이유와 최근 게시물의 외계 행성 주제와 관련하여 우리는 지상 외계 행성의 특정 사례와 더 작은 주 계열성 주위의 궤도를 제한 할 것입니다.

조석 잠금에 걸리는 시간은 다음 방정식으로 설명 할 수도 있습니다.

자물쇠 ≈ wa 6 (0.4m*R 2) / (3Gm 2 kR 5) (Goldreich, Goldreich & # 038 Soter 1966) (Peale 1977) (Gladman 1996) (Greenberg 2009)

어디 T자물쇠 & # 8220 조석 잠금 시간 & # 8221, w 및 k는 단순성을 위해 무시할 수있는 상수입니다. m* 별의 질량, m R은 외계 행성 반경이고 & # 8220G & # 8221은 Newton & # 8217s 모두 중요한 중력 상수입니다.

자물쇠 행성의 반장 축을 증가시킴으로써 (6 승으로!) 실질적으로 길어진다. 조석 고정 시간도 0.4 X m 증가합니다.* 이 방정식에서. 그러나 문맥을 기억하는 것이 중요합니다. 별, 실제로 어떤 별이 'M 왜성 일지라도'여러 번, 심지어는 행성보다 훨씬 더 무겁습니다. 따라서 별은 수반되는 행성의 조석 고정에 중요한 역할을합니다.

중력 상수 G는 증가하는 항성 질량이 T를 실질적으로 감소시키는 것을 보장합니다.자물쇠. 다른 모든 것들이 동일하면 항성 질량의 증가는 조석 잠김 시간을 줄이는 데 중요한 요소입니다.

그림 2: 스텔라 질량 & # 038 형 대 반장 축 오렌지색 / 빨간색 그래프, 중첩 T동조 지구 질량 행성의 경우 0.1,1 및 10 기가 년 시간 동안. (Penz 2005)

동기화의 개념은 스티븐 돌 (Stephen Dole)의 정액으로 거슬러 올라갑니다. 사람을위한 거주 가능한 행성 1960 년대 초 우주 시대 초반. 이 개념은 순전히 이론적이며이 시점에서 다소 임의의 매개 변수를 사용했지만 조석 잠금이 Dole이 그의 책을 위해 염두에 둔 인간 친화적 인 '거주 가능한'외계 행성에 대한 주요 장애가 될 것임을 암시했습니다. M- 왜성 시스템에서 조석으로 잠긴 궤도와 행성이 처음으로 연결되어 부정적인 방식으로 연결되어 오늘날 어느 정도까지 존재합니다 (코로 날 질량 분출, EUV 및 항성 플레어 등에 도달하기 전에). 별에서 멀어지는 행성의 측면에서 얼어 붙는 것은 이러한 문제들 중 가장 작은 문제가 아닙니다.

Kasting 등이 거주 가능한 행성을 구성하는 부분을 설명하는 일환으로 정교한 1-D 기후 모델링을 사용한 것은 1993 년이었습니다. 거주 가능한 행성은 이제 본질적으로 표면에 액체 물을 유지할 수있는 조건을 가진 행성을 의미합니다. 이것은 30 년 전에 Dole이 설정 한 것보다 다소 낮은 기준이지만 훨씬 더 적용 가능하며 오늘날에도 여전히 외계 행성 과학의 기둥입니다. 더 중요한 것은 Kasting의 팀이 항성 / 행성 중력 상호 작용도 시뮬레이션했다는 것입니다.

그들은 & # 8220Equilibrium Tide & # 8221 모델 (ET)을 활용하여이를 수행했습니다. 이것의 정제 된 변종은 이제 모든 후속 관련 연구의 필수 요소가되었습니다. 이 모델은 기본적으로 조수 (별)의 중력이 교란 된 몸체 (외계 행성)에서 길쭉한 모양을 생성하고 두 질량 중심을 연결하는 가상의 선에 대해 긴 축이 약간 잘못 정렬되어 있다고 가정합니다.

오정렬은 매우 중요하며 '변형 된'외계 행성 내의 소산 과정으로 인해 궤도 및 회전 각도 모멘트의 진화로 이어집니다. 이로부터 시간에 따른 외계 행성의 궤도 및 회전 진화 역사를 매핑하는 다양한 방정식을 만들 수 있습니다 (위 참조). ET는 원래 1880 년 Darwin의 Earth / Moon 시스템에서 1977 년 Pearle에 의해 개선되기 전에 파생되었습니다. 반복은 미묘하지만 중요한 방식으로 다양하며 컴퓨팅 성능이 증가함에 따라 점점 더 정교한 시뮬레이션의 기초로 사용됩니다. Barnes 2017은 동기화 및 ET 모델링에 대한 자세한 검토를 수행했습니다 (아래 참조).

Kasting 등은 질량이 최대 0.42M 인 M- 왜성, 별의 거주 가능 영역에서 궤도를 도는 추정 외계 행성의 동기화를 보여주었습니다.태양, 45 억 년 이내에. 그들은 이제 익숙한 용어 인 '조석 잠금 반경'을 도입했습니다. 큰 진전 이었지만, 이것은 그러한 별들을 공전하는 거주 가능한 외계 행성에 대한 비관적 인 견해를 계속 전파하는 불행한 결과를 가져 왔습니다. 중요한 것은 별의 질량이 동기화의 유일한 원인은 아니지만 여전히 주요한 것으로 간주되었다는 것입니다. 아래 그래프 (Yang et al 2014)는 정교한 모델링을 기반으로하지만 여전히 이러한 유형의 사고를 포착합니다. 여기에서 다양한 거주 가능 구역 모델 범위가 알려진 외계 행성의 반장 축 예와 상대적인 항성 일사량 (및 별 유형) 그래프에 겹쳐져 사실적인 관점을 추가합니다. 또한 0.42M의 경우태양 별, 약 3500K의 온도를 가진 1-D 내부 거주 가능 범위는 최근 발견 된 TOI 700d & # 8212 80 년대 중반 퍼센트에 기인 한 값에 매우 가깝습니다.

그림 3: 별의 온도 대 항성 플럭스 그래프와 겹쳐진 색상의 별 등급 및 점선 회색 & # 8220 조석 잠금 반경 & # 8221 선.

시작 궤도 이심률 (이미 수은에서 만났음), 기준선 회전 속도, 동반 체의 존재 (Greenberg, Corriea 2013) 대기에서 발생하는 열조 (Leconte et al 2015) 및 별과 같은 다른 요인의 영향 행성 내부 (Driscoll & # 038 Barnes 2015), 궤도 기울기 (Barnes 2017) & # 8212는 고려되지 않았습니다. 보시다시피, 이러한 것들이 시뮬레이션에 추가 된 것은 지난 5 년 정도 밖에되지 않았습니다. 실제로, 이러한 연구의 결과는 거주 가능 구역과 특히 관련이있는 전체 갯벌 잠금 패러다임을 매우 많이 바 꾸었습니다. 이는 개선 (Kopparapu 2013, Selsis 2007)에도 불구하고 약간만 변경되었으며, 1993 년 Kasting & # 8217s 작업에 대한 큰 칭찬입니다.

모두 합쳐서 M, K 및 G 별의 거주 가능 구역 행성은 모두 조석으로 잠길 가능성이 있습니다. M 난쟁이뿐만 아니라 잠재력이 매우 높지만 특히 0.1M 미만태양 TRAPPIST-1과 같은 별. 반스 2017에 따르면 시작 자전이 3 일 이상이었던 지구조차도 동기식이 될 수 있다고합니다.

간결함을 위해이 리뷰는 외계 행성 동기화의 주요 동인으로서 별의 질량에 주로 초점을 맞추 었습니다. 위에서 볼 수 있듯이이 영역에 대한 지식이 발전함에 따라 다른 프로세스가 고려됩니다. 외계 행성에 거주 할 수있는 운전자들로부터 이러한 것들을 알아내는 것도 점점 더 어려워지고 있습니다. 따라서이를 위해 위에서 언급 한 몇 가지 요소를 더 자세히 살펴보아야합니다.

금성은 여러면에서 특이하지만 특히 눈에 띄는 것은 궤도주기보다 긴 역행과 느린 회전 속도입니다. 왜? 금성이 다른 이유는 무엇입니까? 한 가지 요인은 그것이 상당한 대기 (표면에 92 bar)를 가진 암석 행성이라는 것입니다. 우리 모두는 이로 인해 발생하는 악명 높은 온실 효과에 대해 알고 있으며, 금성은 (회전 / 궤도 공명) 수성보다 태양에서 더 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 태양계에서 가장 뜨거운 행성이되었습니다. 그러나이 분위기는 다른 효과가 있습니까?

지구상에서 주야간주기는 대기의 열 분포에 변화를 가져옵니다. 지구상에서 가장 더운 시간은 태양이 정점에 있고 따라서 지구에 가장 가까울 때 발생하지 않고 오히려 몇 시간 후에 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 이것은 열 관성 때문입니다. 태양열과 열 반응 사이에 지연이 발생하여 대량 재분배가 발생합니다. 대기와 지구 표면은 일반적으로 마찰을 통해 잘 연결되어 있으므로 무시할 수없는 열 토크가 발생합니다.

이러한 토크는 강력하지는 않지만 위에서 설명한 지구와 태양의 고르지 않은 중력 상호 작용에서 발생하는 토크와 유사합니다. 확장 된 1AU 궤도를 가진 지구에서는 거의 중요하지 않지만 0.3AU가 가까운 금성에서는 중요해집니다. 방향에 따라 행성 회전 속도를 늦추거나 가속시킬 수 있지만 어느 쪽이든 동기화에 저항하는 데 도움이됩니다. 시간이 지남에 따라 금성에서 발생하는 토크는 회전 속도를 늦추는 역할을하여 오늘날 우리가 보는 역행 패턴으로 되돌아갔습니다.

그래서 이것이 금성에 해당된다면 외계 행성은 어떨까요? 이러한 대기 토크가 별 주변의 취약한 지역에서 동기화 및 조석 고정에 저항하거나 적어도 지연시킬 수 있습니까? 이것은 Leconte et al 2015에 의해 광범위하게 모델링되었으며 대답은 특히 90 bar 대기의 외계 행성뿐만 아니라 거주 가능한 영역이 가까운 작고 덜 빛나는 별에 대해 매우 그렇습니다. Even 1 bar Earth-like atmospheres could help resist synchronisation for the habitable zones in stars of 0.5 Mearth – 0.7 Mearth.

Ten bar atmospheres were simulated and shown to resist synchronisation even for habitable zone planets orbiting 0.3 Mearth stars (mid-M dwarfs). These are the high bar “maximum greenhouse” CO2 atmospheres that are postulated to occur in the outer regions of stellar habitable zones. But there are limits. Venus’ 92 bar atmosphere is ironically so thick that most of the incident sunlight that isn’t reflected back into space is either absorbed or scattered before it can reach the planetary surface and exert the driving effect of thermal torques (Leconte et al 2015).

Figure 4: Red arrow synchronous rotation / blue arrow asynchronous rotation graph (Leconte 2015).

Orbital synchronisation and exoplanet habitability remains a contentious theoretical field that is subject to continual debate and constant change. Modern Global Climate Modelling (GCM) has become a sophisticated sub-science. Using an earlier iteration of GCM, Yang et al showed in 2013 that synchronised M-dwarf habitable zone planets would form thick cloud banks above their sub-stellar point. This would then reflect much of the incident stellar flux, thus reducing the energy reaching the surface. In turn, this would reduce the overall energy reaching the planet and so reduce global temperatures. The net effect in theory is to extend the stellar habitable zone inwards. However, the same author collaborated with Wolf and Kopparapu in 2016 to apply an updated 3-D model to the same problem. This showed that a sub-stellar cloud bank could not form, or would form and then move, a result effectively rebutting the 2013 findings and moving the habitable zone back to its original pre 2013 starting point. Expect more of this !

So, all things considered, just how easy is it for an exoplanet to become tidally locked and just how easy can habitable zone planets become tidally locked ? Barnes 2017 attempted to address just this question for exoplanets in circular orbits. He applied two well recognised refined variants (CPL left, CTL right in the graphic below) of the ET to two model populations of exoplanets orbiting differing stellar masses, and ran thousands of giga-year simulations for each (think of the computing power and time!) One population had a starting orbital period of 8 hours and an orbital tilt of 60°. The other had a starting period of ten days and a tilt of 0°. This produced the four outcomes illustrated below. The superimposed grey shading represents the latest habitable zones (Kopparapu 2013) iteration, with the dark grey representing the “conservative” and the light the “optimistic”.

Figure 5: “Four in one” black and white stellar mass vs semi-major axis / superimposed greyscale habzone graphs.

These results are indicative and significantly different from the status quo, which is that tidal locking is only something that applies to exoplanets orbiting in close to M dwarf and smaller K dwarf stars. For one thing, even this older paradigm implies that at least some “Goldilocks” stars are not quite as homely as expected (more Kasting than Dole). The Barnes work hints at potential overlap of the habitable zone for potentially a large fraction of K-class and even many G-class stars, driven by factors beyond simple stellar mass. Clearly planets with a slow initial rotation rate and low orbital tilt are at greater risk, as may prove the case. Opposed to this are non-synchronising factors such as, inter alia, higher baseline orbital eccentricities and the close proximity of other orbiting bodies (moons, planets …thinking TRAPPIST-1 and binary stars/brown dwarfs, as with the recently described Gliese 229Ac system).

What this also shows is the inextricable link between orbital features and planet habitability. No more so demonstrated than by Kepler, and likely even more so with its greater number of short orbital period planets, with any potential habitable zone planetary candidates lying within just tenths or less of an AU from their parent star. This is very much in the “red arrow” synchronous zone in the Leconte graphic above.

There are now over 4000 known exoplanets. The current focus is on their “characterisation” and this is largely about atmospheres and biosignatures. However, it is obvious that we need to know far more about their evolving and historical orbital properties. This is a part of a process of determining habitable planets/zones, which are about so much more than stellar mass.

Most of the exoplanets discovered already by Kepler et al orbit close in to their stars, including those few in the potential tidal lock habitable zone. Ongoing Doppler photometry and TESS will identify thousands more such exoplanets, many of which will be even closer to their latest star given TESS’ shorter 27 day observation runs. TOI 700d and Gliese 229Ac are just for starters. Hopefully the search for habitability will expand to encompass the unavoidable connexion with planetary orbital features.

Know the star to know the planet, but know the orbit to know them both.

Figure 6: Stellar effects/planetary properties/planetary systems (Meadows and Barnes 2018)

Barnes,R. Formation and evolution of exoplanets. John Wiley & Sons, p248, 2010

Barnes, R. Tidal locking of habitable exoplanets. Celestial mechanics and dynamical astronomy Vol 129, Issue 4, pp 509-536, Dec 2017

Darwin, G H. On the secular changes in the elements of the orbit of a satellite revolving about a tidally distorted planet. Royal Society of London Philosophical Transactions, Series I, 171:713-891 1880.

Dole, S H. Habitable Planets for Man. 1964 년

Goldreich, P. Final spin rates of planets and satellites. Astronomical Journal, 71, 1966

Goldreich, P., Soter, A., Q in the solar system. Icarus 5, 375-389, 1966

Gladman, B et al. Synchronous locking of tidally evolving satellites. Icarus 133 (1) 166-192, 1996

Greenberg, R. Frequency dependence of tidal Q, 천체 물리학 저널, 698, L42-45, 2009

Kasting, J. F. Habitable zones around main sequence stars. Icarus,101 d 108-128 Jan 1993

Kopparapu, R K et al. Habitable zones around main sequence stars: New Estimates. 천체 물리학 저널, 765131, March 2013

Kopparapu R K, Wolf E, Yang et al. The inner edge of the habitable zone for synchronously rotating planets around low-mass stars using general circulation models. 천체 물리학 저널 Volume 819, Number 1, March 2016

Luu, K. Effects of perturbations on space debris in super-synchronous storage orbits. Air Force Research Laboratory Technical Reports, 1998

Mahoney,T J. Mercury. Springer Science & Business Media, 2013

Meadows V S, Barnes R K. Factors affecting exoplanet habitability. In Handbook of Exoplanets P57, 2018

Peale, S J. Rotation histories of natural satellites. Burns, J A, Editor, IAU Colloquium 28 Planetary Satellites, p 87-111, 1977

Penz,T et al. Constraints for the evolution of habitable planets: Implications for the search of life in the Universe: Evolution of Habitable planets, 2005

Yang, J et al. Stabilising cloud feedback dramatically expands the habitable zone of tidally locked planets. 천체 물리학 저널 편지: 771:L45, July 2013

Yang, J et al. Strong dependence of the inner edge of the habitable zone on planetary rotation rate. 천체 물리학 저널 편지: 787:1, April 2014

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Hi Ashley, very interesting article. One question from the extract below though:

“It is known that the hottest time of day on Earth does not occur when the Sun is at its zenith and thus nearest to the Earth, but rather several hours later.”

Agreed that 3 pm, plus or minus, is warmer due to thermal inertia, just as mid January in the northern hemisphere is colder than December 21st. What I don’t understand is the “and thus nearest to Earth” comment. The Sun is always directly overhead over some point of Earth and thus at zenith all the time somewhere. Solar zenith is not related to our distance from the Sun. Our orbit around the sun is elliptical. We are closest in January and farthest in July. Maybe I missed something.

I was using “zenith” here in its broadest generic sense as a point directly above a specific location rather than in a formal celestial sphere sense.

It would be interesting to know what effect the creation of the Moon had on the rotation of the Earth. Would the Earth be tidally locked if not for the creation of the Moon?

Known examples plenty: Venus is not tidally locked. (but the situation is maybe even worse than being tidally locked.) the best analogy is probably the situation of Mars though: a 24 hour day but with much bigger swings in seasons and greater instability variations of its axis over long periods of time.

Very good explanation of tidal locking and synchronization.

Are you intending to do a follow up to look into the issue of tidal lock (and synchronization) on habitability? Is it a “life killer”, or does it offer a “temperate” zone on the terminator? Does it offer some shielding from high energy flare radiation?

If you read the many excellent reviews of this subject by Meadows and Rory Barnes in particular, referenced above ( they are all great reads ) the general consensus is that synchronous rotation is not a habitability killer. This is the view of much ( but not all of course) of the astro/geophysics community.

With enough atmosphere and/or ocean, heat can be distributed around the putative tidally locked planet enough to atmospheric collapse via freeze out on the “dark side” (although as you can see from the Leconte graph atmospheres help resist synchronicity ) .

The thing that troubles the scientific community far , far more is the extended pre-main sequence luminosity of all but the largest M dwarfs. Something Barnes has demonstrated in his sophisticated simulations too.

That’s why JWST finding CO2 in TRAPPIST-! d,e and/or f via transit spectroscopy is so vital ( and difficult – involving a sizeable chunk of the time et aside for exoplanet science) as that will show that secondary atmospheres can develop and persist around even active late M dwarfs of which TRAPPIST-1 is a representative example.

Hi Ashley,
Nice review, thanks.
Regarding the effects of the elevated stellar luminosity during the long pre-main sequence for M dwarfs, Kenyon and Bromley wrote a paper a few years ago pointing out that planet formation can occur well outside the habitable zone up to a billion years after the formation of an M dwarf. In about

5 percent of their simulations, the planet ends up in the habitable zone so this may be one way to have planets in the HZ that still have an atmosphere.

Thanks David . I am familiar with this work and it is indeed very much my hope although not everyone agrees with this scenario. But it’s important to take away from both this – and the content of my article – that most if not all of what is known is based purely on simulation . Until we have hard atmospheric characterisation data from JWST, the ELTs and hopefully WFIRST this will remain the case. Certainly in terms of habitability potential. Not too long to wait though .

Interesting paper, but I have never heard the idea of “thermal torques” before this article. I doubt any effects of a large atmosphere could slow down the rotation or speed of the axial spin of a planet if I have understood this idea presented here correctly. The reasons for Venus slow rotation are some interaction with Earth’s gravitational field and the Sun’s which slowed down Venus rotation since Venus might never have had much axial spin from the start.

Earth got it’s fast rotation or axial spin from a collision with a large body called Theia which gave the Earth the needed kinetic energy and angular momentum as theorized in the large impact hypothesis which is why a Moon is needed for an exoplanet to have a fast axial spin.

Consequently, the Earth will not be tidally locked with the Moon for tens of billions of years if these survive the red giant phase.

I assumed what Ashley meant was either an atmospheric version of the friction from ocean tides, or the effect of the bulge in the atmosphere due to heating having a similar effect to the gravitational bulge as outlined in the post.

Although ocean tide friction was not mentioned, it would be useful to have some orders of magnitude size effects for the various mechanisms that slow rotation.

From the link above it looks like the Earth has added about 3 hours to the length of day since the “Cambrian explosion”. Unlikely as it seems, the day would be 25 hours longer after 4 billion years, i.e. longer than our current day length, suggesting that this rate of rotation deceleration must be increasing over time.

There’s nothing new about the concept of atmospherically induced torques or “tides” . The theory originally dates back to Gold & Soter’s work in the late sixties . It continued unabated till culmination and definitive description with Leconte’s sophisticated computer modelling and simulations of 2015 – cited and referenced here. They are both very real and very potent as is clearly shown in the enclosed graph and related citation .

Levonte’s work is recognised and confirmed in Barnes’ far reaching “tidal locking” paper of 2017. This then goes on to explore the evolution of tidal locking in a wide range of planets of varying mass in varying orbits around the different mass stars – up to an including Earth mass at 1 AU from of a Sun analogue.

Regardless of the Earth’s rotation time before and after the putative (and still debated ) high angle impact of “Theia”, Barnes’ extensive simulation runs show that a moonless Earth mass planet in a 1 AU orbit about a sun mass star could become tidally locked within 4.5 billion years. Unless it’s baseline rotation rate was less than three days.

Pedantic comment, but important. PEMDAS! In the equation, if everything to the right of the solidus is meant be the denominator, as I suspect, then they MUST be enclosed in parentheses or the answer will be wrong by (Gmp^2 kR^5)^2.

No, this is not pedantry. Notation is all important. For example, try to interpret this sentence in the context of that ambiguous equation:

“The gravitational constant G ensures that increasing stellar mass will substantially decrease Tlock.”

It would also be helpful to add explanatory information to a few of the charts (which must be in the original source) since they are otherwise a mystery.

I’m in agreement about the importance of notation here. I’ve inserted the needed parentheses, as per djlactin.

Analyses such as these may help by guidance on where to look and what to look for. That could reset the Fermi paradox.

예. As has been pointed out there are a lot of m dwarfs and one thing that has been shown is that these stars seem to possess planets in abundance. If any of these can be shown to harbour habitable planets then the game is well and truly afoot.

Magnetic fields, torque, magma oceans, and the music of the spheres, every time the Earth and Venus come close together she has the same face looking at the earth. A very good read is the book called “A Little Book of Coincidence” by John Martineau all about the graceful music of the solar system’s planets. This pattern is already being seen in the tightly packed planets around red dwarfs. One idea that may also influence these planets are the strong magnetic field of the red dwarfs and the other planets that come so close by each other. Many of these planets are earth to super earth size and have large oceans or large magma oceans beneath their surface, as in the large thick atmosphere of Venus would have large effects on rotation.

The other side of the coin is the possibility of elongated planets as the molten planet forms in the early age of the miniature solar systems. The chaotic nature that developed in these larger planets under the stress of close neighbors and a much closer star would make for variety of Io type planets with higher order aberrations in shape then anything in our solar system.

But what may be most intriguing are planets further out that have solidified enough that their surface is stable but would have a oval shape with oceans on the sun facing pole and glaciers on the twilight world of the opposite pole. In between would be low radiation lands with volcanoes and life migrating back and forth as the tides oscillate the planet. A nice day dream but maybe it will not be too long till we see the beauty of the chaos and its enchanting music.

Thank you Ashley for some very good food for my imagination!

Very good explanation of tidal locking and synchronization, with Pluto-Charon as outstanding examples of total lock.
Larry Niven & I took Pluto-Charon as a guide to our concluding novel in our Bowl of Heaven series. Our last megastructure is a gigantic tubular lifezone between Earth-scale worlds with Pluto-Charon locking. That expands beyond our Bowl ideas and yields an immense system with transport along the axis that deploys using pressure elevators to run the biosphere. The novel is Glorious, out in June. The first two Bowl novels are out in mass market paperback, over a thousand pages!

As ever I look forward to reading it .

I’m glad too if this all underpins just how important tidal locking is in planetary astronomy . Barnes’ findings alone have huge implications .

JWST allowing I’m hoping that with a bit of CO2 on TRAPPIST-1 e and you’ll get even more and exotic fictional opportunity with it in terms of life in M dwarf systems !

Even the Earth, had its starting rotation been greater than just three days, according to Barnes 2017, might have become synchronous.

If that means a 72 hour day, I thought the Earth was rotating faster than a 24 hour day after the Moon was formed and has since slowed down. Can you explain this?

Nearer to five hours according to simulations.

The 72 hour period for an Earth mass planet around a sun mass star is simply one of many hypothetical permutations Barnes ran through his (literally) thousands of sophisticated simulations over ‘giga years’. Counterintuitively showing that under arbitrary circumstances even terrestrial mass planets can become tidally locked as far out as the hab zone of early G stars.

All this based around two refined variants (see ‘ four in one ‘ graph and accompanying text) of the established and robust ‘equilibrium tide’ model that was in turn derived from the same maths that created the very simplified demonstration equation cited above .

Venus had oceans earlier but they were evaporated into space and a lot of water was lost from atmospheric stripping based on the DH2O ratio being higher in Venus atmosphere than Earth’s, a two to one ratio. Maybe the weight of the atmosphere or it’s torque slowed down Venus and gave it a retrograde rotation.

There does not have to be synchronization to have tidal locking, e.g., Mercury.

Alex Tolley, The reason why the Earth’s rotation is being slowed down by the tidal forces of the Earth and the angular momentum of the Earth’s axial spin or rotation is being transferred to the Moon’s orbital momentum so the Moon is slowly moving further away from the Earth a few centimeters per year. In the distant future we won’t have total eclipses anymore. At the same time the Earth is gaining time in it’s daily revolution which slowing down a small amount like one and one half miliseconds per century. Kopal 1979, The Realm of Terrestrial Planets.

This indicates that the Earth had to be spinning faster in the past. There is geological evidence: Scallops make one line on their shells every day which is visible under the microscope. They are the deposits of calcium carbonate made every day on their shells everyday so we know the Devonian year had to be 400 days long instead of 365 as today the scallops have 400 lines on their shells. Also the tides were larger and came further into the land shown by fossil evidence, so that indicates the Moon had to be closer to the Earth and the gravitational tidal forces were greater. Lyle, 2016, The Abyss of Time. Library book so I don’t have the page number.

Kopal’s Book, says in the Cambrian there were 500 days a year with only 21 hours a day. Devonian: 380 days a year with a 21.6 hour day. Carboniferrous 290, and 22.6 hour day, Upper Crataceous, 23.67 hour day etc. Library book.

This is the point I was trying to make. Using your example of a 21 hour day in teh Cambrian (0.55 bya), that is a decrease of 3 hours. Now extrapolate back to 4 bya and the decrease is now 21.8 hours. So the day length was just 2.2 hours. If the Moon was formed 4.5 bya (a tad early), the day length would be MINUS 30 minutes. I seriously doubt that Earth had such a rapid rotation rate even after a collision with the body that formed the Moon. While the effect of the Moon receding is due to momentum transfer, the key point is that it is due to the tidal friction. But when the moon was much closer, those tides would have been much larger and the frictions concomitantly higher as well, implying an even faster slowing down of the Earth’s rotation in the past than today. Something must have been different in teh past so that these extremely short daylengths cannot have been correct even using the more recent daylength calculations, and assuredly even faster [!] when the Moon was closer and the tides higher.

Does this make sense, or am I missing something?

A lot , indeed most of its angular momentum was probably lost through tidal interactions with the moon – which is moving further away taking energy with it as it goes . The rotation immediately after the Moon formation impact 4.5 billion years ago is currently modelled at just five and half hours . ( before that, who knows ? – but hazarding a guess – and looking at the non synchronised planets in the solar system whose angular momentum must have arisen from the same accretion disk – somewhere between 8 and 20 hours ) It then reduced over the next 4 billion years , simulated at about 21 hours by the pre/ Cambrian 600 million years ago .

The deceleration since then has increased at a greater rate – apparently due to extended periods of severe glaciation. ( without going into detail here – but it’s all available on line )

I should have read your comment first. So the relatively recent glaciations are the cause of a more recent faster slowdown in rotation compared to the earlier Earth eras? [My initial calculations used the 2.3 ms/day per century rotation slowdown from the NASA link which I assumed to be current during our interglacial period.]

Try “Analysis of Precambrian resonance-stabilised day length” Bartlett C and Stevenson D, Geophysical research letters, July 2016

Yet another mooted “Snowball Earth” heavyweight glaciation

So, the difference the moon-formation-impact made for the Earth rotation was anywhere between roughly 3 and 15 hours. Is there a way to narrow this down this a bit more?
And does the above equation indeed imply that a larger planet decelerates more rapidly (Tlock is divided by mp^2)? That puzzles me, since I would expect a heavier planet to retain more momentum.

Further with regard to the impact of the moon on Earth’s rotation rate, and after checking some more literature (e.g. Williams, G.E., 2000. “Geological constraints on the Precambrian history of Earth’s rotation and the Moon’s orbit” Bartlett, B.C., Stevenson, D.J., 2016. “Analysis of a Precambrian resonance-stabilized day length”), I wonder which of the effects of the moon has been strongest:

1) Angular momentum transfer, slowing down Earth’s rotation.
2) Atmospheric tidal resonance (as described in this post), stabilizing Earth’s rotation.
3) The moon-creating impact, speeding up Earth’s rotation.

Anyway, I understand now that this is a complex issue, which can work out both for better or for worse on a planet’s rotation.

What about libration? The Moon wobbles a bit in it’s orbit, so that we can see about 60% of it’s surface from Earth.

Is libration likely to be significant in tidally locked exoplanets, especially in those around M-dwarfs? If so,what effect would that have on climate?

Libration , like relativity is function of perspective . Like relativity it also demonstrates underlying theory

Libration is an observational phenomenon arising from oscillations in the gravitational evolution of the Earth/Moon orbital system . As seen from the Earth .

It is the product of three separate features. The first two are evolutionary facts of the tidal locking process and the last a quirk of observational viewpoint.

Firstly: ‘libration by longitude ‘ – the fact that despite orbital synchronisation the Moon’s orbit is not perfectly circular and retains a low eccentricity . So the moon leads or lags in its orbit of the Earth over time . This allows observers from the Earth to see ‘around the edges ‘ of Earth facing hemisphere over the course of an orbit.

Secondly : ‘ libration by latitude ‘ – despite synchronisation the moon retains a small but significant 6.7* tilt with respect to the Earth / Moon orbital plane . This again leads to observers being able to ‘see around the edges’ as above .

Finally the gravitational interaction that leads to synchronisation arises from the centre of mass of the combined system . This occurs on an imaginary ‘straight line’ connecting the centres of mass of the Earth and Moon. So any observer at the edge of the Earth as its rotates can again quite literally see around the edge of the hemisphere as opposed to that seen by a hypothetical observer situated at a point on the straight line ( on the Earth’s surface )

Each individually small but added up these three facets allow 59% of the Moon to be viewed in total.

As time progresses and left to itself tidal locking should reduce the orbital tilt of the smaller body in a ‘two body’ system to zero. Then (and much slower ) it’s orbital eccentricity to zero too. The Earth/ Moon is not a true two body system though ( are any ?) . Nor is the Earth a particularly massive body in the astrophysical terms . As such it is subject to constant additional gravitational perturbation from other solar system bodies not least the much more massive Sun and Jupiter. It is these interactions that drive the oscillations that translate into libration.

So I would guess that ‘pure’ synchronisation never occurs though libration itself though arising from gravitational interaction and orbital dynamics is ‘in the eye of the beholder’ .

In terms of exoplanets it serves to offer a diluted snapshot and insight into the consequences of tidal locking , synchronisation and their evolution .

If there are indeed exomoons out there – and circling tidal locked planets, the gravitational effects of their much closer star will be far more pronounced than that of the Sun on the Earth/Moon system . So libration would likely be even more pronounced.

Thanks for the detailed explanation. So from the perspective of an observer on an exoplanet, would the sun appear to rock back and forth over the course of an orbit? This could be a significant factor on the climate of the terminator.

Excellent post explaining tidal locking very well.
“Know the star to know the planet, but know the orbit to know them both” I used the first part myself a lot as a slogan, but you taught me the relevance of the 2nd part!
BTW, I think there is a slight error in the text: “stars of 0.5 Mearth – 0.7 Mearth”, I think that should be Msol instead.

I am a bit late in this discussion, due to being busy at work and at home, but this topic, related to stellar type and habitability is one of my favorite. I am familiar with the seminal work of Barnes et al. “The Barnes work hints at potential overlap of the habitable zone for potentially a large fraction of K-class and even many G-class stars, driven by factors beyond simple stellar mass. Clearly planets with a slow initial rotation rate…”. Darn, that’s a very sobering thought! I used to think that high initial rotation was the logical result of the disc accretion into planets. But if a moon-creating impact is necessary for it as well, then high rotation, not tidally locked planets might be much rarer.

With due respect, I have one minor disagreement:”increasing stellar mass is a major factor in reducing time to tidal locking”. Well, since the correlation is linear and solar type stars vary only a little in mass (about from 0.7 tot 1.1 Msol), I think that is a relatively modest factor, in comparison with the overwhelming impact of orbital distance (AU), as Fig. 2 also shows clearly.

Please see my comment (Ronald January 20, 2020, 8:52) under the recent post:https://www.centauri-dreams.org/2020/01/13/orange-dwarfs-goldilocks-stars-for-life/What I have tried to do myself is to show the combined importance of the concept of CHZ ánd that of T-lock, by plotting both T-lock and T-CHZ (= residence time in the continuous HZ) for an earthlike planet against stellar Teff (and all other factors, such as initial rotation rate and eccentricity equal). Ok, maybe it would have been better to use stellar luminosity instead of Teff, but Teff is a rather good proxy, because it correlates to the 4th power with luminosity. I have the T-CHZ from table 2 in the cites paper “About Exobiology: The Case for Dwarf K stars” by Cuntz and Guinan. And I based T-lock upon their baseline in chapter 4: that T-lock for a planet in de CHZ of a star with Teff of 4800 K (about K3) is 4.5 gy, and working from there, given the fact that T-lock correlates with the 6th (!) power of orbital distance.

What we see is that T-CHZ and T-lock are correlated with Teff (and hence stellar luminosity) in sort of opposite ways:The result is a large ‘X’ shaped graph, in which T-lock is going from low to high with increasing Teff, and T-CHZ going from high to low with increasing Teff.

Since both tidal locking and leaving the CHZ are detrimental to higher (= complex multi-celled) life, I consider both as absolutely limiting factors. So a planet would have to be underneath both lines in the graph, in order to be habitable for higher life. Hence, only the bottom section of the 4 sections of the X is habitable (for higher life).

In this graph the optimal stellar Teff would be where T-lock and T-CHZ are the same: the intersection of the 2 lines which is also the highest point of the bottom section. Here both T’s are at their combined maximum. I think that optimum lies somewhere around 5200 K, or about K0, where T-lock and T-CHZ are both around 20 gy.

Ok, the exact numbers may have to be amended, but I hope the principle idea is clear. Again, I did not consider different initital rotation rates, eccentricity, axial tilt, moons etc., just assuming an earth analogue.(I could sent the graph to Paul for your review and critique).


Will the earth and sun ever be tidally locked?

twice the tidal effect on the Earth as the Sun does hasn't had enough time to tidally lock the Earth it.

twice the tidal effect on the Earth as the Sun does hasn't had enough time to tidally lock the Earth it.

twice the tidal effect as the sun, so it would seem unlikely until the moon's orbit moves far enough away from earth that the sun has a greater effect or that the period of lunar orbit equals one earth year.

You can estimate the time it would take for one body to tidal lock to another by the formula:

Tidal locking takes time to occur.

The factors include the initial rotation speed of the body, its distance from the other body, Its moment of Inertia, the Mass and radius of the body it is orbiting, plus a couple of coupling factors.

I mentioned the Moon because its tidal effect on the Earth is larger than the Sun's, so if not enough time has passed for the Moon to slow the Earth's rotation to match its orbit, then definitely not enough time has passed for the Sun the tidally lock the Earth to it.

Ummm. The moon 이다 tidally locked.

The above equation is a good one though.

Not to sound rude, but: so? The earth-moon and earth-sun systems are independent (barring the rotational effects the moon has on the earth). There's no sense in comparing the two.

Besides, the question is whether the Earth will become tidally locked to the Sun. In this case, the earth is the satellite and the sun is the primary. In the earth-moon, the earth is the primary and the moon is the satellite. The OP asked whether or not the earth will be tidally locked to the Sun, not the other way around.

You can estimate the time it would take for one body to tidal lock to another by the formula:

Tidal locking takes time to occur.

The factors include the initial rotation speed of the body, its distance from the other body, Its moment of Inertia, the Mass and radius of the body it is orbiting, plus a couple of coupling factors.

I mentioned the Moon because its tidal effect on the Earth is larger than the Sun's, so if not enough time has passed for the Moon to slow the Earth's rotation to match its orbit, then definitely not enough time has passed for the Sun the tidally lock the Earth to it.

I mentioned the Moon because its tidal effect on the Earth is larger than the Sun's, so if not enough time has passed for the Moon to slow the Earth's rotation to match its orbit, then definitely not enough time has passed for the Sun the tidally lock the Earth to it.

Tidal force is proportional to the mass exerting the force and inversely proportional to its distance. The moon is 1/27210884 the mass of the Sun, but it is 400 times closer. So the Sun's tidal force on the Earth is 27210884/400^3 = 0.4252 times that of the Moon.

It is This tidal force acting on the Earth which would cause it to lock with either the Earth or Moon. Since the Moon exerts the greater tidal force on the Earth, It would be the first to tidally lock the Earth to it.

Actually, if you look at the formula I gave for the time for tidal locking to occur, you will note that it increases by the distance between the bodies (a) to the power of 6, and decreases by the mass of the acting body by only the square of the mass.

So 400^6/27210884^2 = 5.53, meaning that it would take

5.5 times longer for the Sun to lock the Earth to it than it would for the Moon to lock the Earth.


What is the Wicked High Tides program?

SciStarter, Northeastern University, NISE Network, Arizona State University and Museum of Science, Boston are working together on a National Oceanic and Atmospheric Administration-funded project to educate and engage the public in climate hazard resilience planning. This includes engaging participants with citizen science, deliberative forums and civic action.

The projects connect the general public to various climatic hazards by allowing them to participate in climate resilience planning in their communities and introduces citizen science projects related to each hazard. Engaging participants in citizen science activities allows community members to understand, learn and contribute meaningful data to projects centered around climate resilience.

In the summer of 2019, MOS studied the impact of extreme heat and the urban heat island effect through citizen science. Nicknamed “ Wicked Hot Boston ,” the pilot year recruited members of the general public to participate in the ISeeChange project and urban heat mapping and then asked them to share their experiences and potential solutions . The program’s success inspired other, similar programs focused on environmental hazards, such as Climate-Conscious Durham with the Museum of Life + Science in Durham, North Carolina.

In the second year of the project, the MOS team focused on the extreme hazard of sea-level rise with the catchy nickname “Wicked High Tides.” In 2020 and 2021, the project involves the citizen science projects MyCoast and ISeeChange .

MyCoast invites participants to document tides, storm damage, beach cleanups and more via their app, and ISeeChange asks citizen scientists to investigate how weather and climate change impact their lives and community by sharing photos and stories about multiple hazards, including sea-level rise. In addition, the project involved a webinar and two deliberative forums one in person and one online .

Discover both ongoing projects on SciStarter’s Museum of Science, Boston microsite .

What is Citizen Science?

Citizen science is public engagement in real scientific research, most often by collecting data or analyzing data for ongoing research projects. SciStarter connects a community of over 100,000 citizen scientists with thousands of different projects spanning astronomy, health, biodiversity and everything in between.

Via the portals on SciStarter.org/NOAA , SciStarter works with the museums and science centers, as well as the project leaders for featured projects, to walk patrons through the process of engaging in an ongoing environmentally-focused citizen science project to better understand a particular climate hazard. The goal is to introduce them to a forum or another event for further engagement.

Wicked High Tides Forum

All citizen scientists who participated in ISeeChange and MyCoast via the Museum of Science, Boston’s SciStarter microsite were invited to participate in a climate hazard resilience forum on sea-level rise. The first forum was held in person on March 3, 2020, and the second forum was held online due to Covid-19 on November 10, 2020.

Forum programs engage participants in deliberative, inclusive conversations about issues that lie at the intersection of science and society. These programs allow Museum visitors, scientists and policymakers to share their perspectives and learn from one another.

This project uses the climate hazard resilience forums , and the goal of the forums is to explore potential vulnerabilities to city infrastructures, social networks and ecosystems from sea level rise, extreme precipitation, drought and extreme heat, then discuss potential strategies for addressing these threats. Participants learn and discuss stakeholder values, consider the trade-offs of various resilience strategies, make a final resilience plan, and then view an interactive StoryMap that visualizes how their plan will affect the city and the people who live there.

Snehal Pandey, a student from the Berklee College of Music, attended the in-person event and said it would change the conversations that she had with friends. Her classmate, Nathhania Pasila, a freshman pianist from Jakarta, echoed the sentiment. She said the event opened her eyes, because she didn’t realize that there were multiple ways and equally valid choices about how to manage water. From her perspective as a musician, Pasila thought she could use her platform as a way to “treat the planet better.”

Once the tables were done discussing the resilience strategies they would implement in the anonymized Town of Kingtown, they turned their attention to the front of the room where Julie Wormser , the Deputy Director of Mystic River Watershed Association gave a presentation on how sea level rise affects the Boston area and what resilience strategies have been, or are going to be, employed in Boston to mitigate sea level rise. Finally, the participants were able to talk to eight local community groups who work daily on sea level rise issues about how to be part of the solution.

Reverend Vernon K Walker, a participant in the project and collaborator with the Museum of Science, Boston forum team in both the extreme heat and the sea level rise projects, is an organizer of Communities Responding to Extreme Weather . He attended the in-person forum event. Walker’s organization fosters resilience hubs, places where people can take refuge from climate impacts, and provides other services related to resilience — for example, cooling centers in the summertime, emergency preparedness kits for flooding. “We’re a statewide organization, and we know that there is going to be more in-land flooding,” said Walker. “Projects like this prove the point that this is going to get worse with climate change. It’s critical that this information is captured.”

What Comes Next?

This work is still ongoing. Over 20 sites across the United States have been accepted to receive a stipend to implement the NOAA-funded Citizen Science, Civics, and Resilient Communities (CSCRC) project between March and September 2021. This program model will increase resilience to extreme weather and environmental hazards through citizen-created data, local knowledge and community values.

And thanks to NOAA Grant NA15SEC0080005, more than just museums and science centers are using the free forum materials . Brittney Beck, Assistant Professor of Education at California State University, Bakersfield, used the forum materials with a group of educators, who were exploring new resources for their students. “As I facilitated each phase, I noticed their conversations became increasingly nuanced,” she said. “The teachers transitioned from talking about sea-level rise in abstraction to engaging in an intense, interdisciplinary debate regarding how to address it.”

After the Forum facilitated by Beck, one teacher reflected, “I knew about the potential of sea-level rise, but I never had an emotional reaction to it until now. I want to empower students to do something about climate change.”

The 20+ museum and science center sites will participate in citizen science projects and climate hazard resilience forums over the next year. If you are close to any of these host institutions, we encourage you to participate in citizen science and attend a “Climate Hazard Resilience” Forum near you. And no matter where you are in the world, you can study environmental impacts with citizen science and take part in one of the open, online forums. Stay up to date on all the projects at SciStarter.org/NOAA .

Take part: RSVP for the first open, online forum on June 23 about Sea-Level Rise.


Problems for uniformitarianism posed by tidal lock

Tidal locking is as likely to happen to the primary as to the moon. Indeed, Pluto and Charon are mutually locked. But tidal lock has its most profound implications for the Earth-Moon system. Though the presence of tidal locking might appear to militate in favor of a great age for the solar system, the dynamics of tidal lock suggest youth, not age.

As earth's rotation decreases, the moon must recede from the earth, or else angular momentum is not conserved (see above). Therefore, the rate of deceleration of Earth's rotation must itself decelerate over time. For that reason alone, the Earth-Moon system cannot be more than 1.2 billion years old, because at such a time the Earth would have been rotating dangerously fast, and the Moon would have been touching the Earth.


비디오보기: 이번에 발견된 24개의 외계 행성들은 지구보다 더 살기 좋을지도 모릅니다. (구월 2022).


코멘트:

  1. Welton

    우아하게 주제

  2. Jackie

    절대적으로 당신과 동의합니다. 이것에서 나는 이것이 훌륭한 아이디어 인 것 같습니다. 나는 당신과 동의합니다.

  3. Daryl

    나는 당신이 옳지 않다고 생각합니다. 나는 보장된다. 논의합시다. 오후에 저에게 편지를 보내십시오. 우리는 이야기 할 것입니다.

  4. Tutilar

    haha patstalom)))))

  5. Zulujora

    내 신! 음, 잘!

  6. Jayronn

    모든 것을 시도 할 필요가 없습니다



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