Was wäre, wenn sich Erde und Mond wie Pluto und Charon umeinander drehen würden?

Was wäre für uns anders, wenn sich Erde und Mond wie Pluto und Charon umeinander drehen würden?

Sie tun es , aber aufgrund des sehr unterschiedlichen Massenverhältnisses scheinen sie es nicht zu tun, da sich der Mond scheinbar nur um den Erdmittelpunkt dreht.

Das Verhältnis von Erde und Mond der Massen $\frac{M_{Earth}}{M_{Moon}} = 81.3$wohingegen für Pluto und Charon das gleiche Verhältnis$\frac{M_{Pluto}}{M_{Charon}} = 8.09$.

Da das Verhältnis für Pluto und Charon relativ klein ist, befindet sich das Zentrum des Systems - das Schwerpunktzentrum, um das die beiden Körper kreisen - irgendwo auf einer Linie zwischen den Massenzentren der beiden Himmelskörper. Bei Erde und Mond reicht der Schwerpunkt des Systems jedoch nicht nach außerhalb der Erde, da die Erde proportional viel schwerer ist, sondern befindet sich etwa 4.500 Kilometer vom Erdmittelpunkt entfernt (siehe auch das Foto unten):

In Fällen, in denen eines der beiden Objekte erheblich massiver als das andere ist (und relativ nahe beieinander liegt), befindet sich das Schwerpunktzentrum normalerweise innerhalb des massiveren Objekts. Anstatt mit dem kleineren Körper einen gemeinsamen Massenschwerpunkt zu umkreisen, wird einfach gesehen, dass der größere leicht "wackelt".Dies ist der Fall für das Erde-Mond-System, bei dem sich das Schwerpunktzentrum im Durchschnitt 4.671 km vom Erdmittelpunkt entfernt befindet und sich innerhalb des Radius des Planeten von 6.378 km befindet. Quelle: Wikipedia - Barycenter

Der Haupteffekt dieses Co-Rotationssystems ist, dass die Erde auf ihrer Umlaufbahn zu "wackeln" scheint, wie in dem obigen Zitat aus Wikipedia erwähnt.

@JeppeStigNielsen macht einen guten Punkt über Unterschiede in der Gezeitenverriegelung in den Kommentaren unten. Im Erde-Mond-System ist nur der Mond gezeitengesperrt (was dazu führt, dass wir nur ein Gesicht von der Erde sehen, also nur ungefähr die Hälfte), wohingegen in Pluto-Charon beide Körper gezeitengesperrt sind. Die Erde ist aufgrund des höheren Massenverhältnisses zwischen ihr und dem Mond nicht tidal verriegelt, sondern aufgrund des niedrigeren Massenverhältnisses des Pluto-Charon-Systems, da das Charon-System mit geringerer Masse die Rotation von Pluto langsam an seine Umlaufbahn angepasst hat.

Auf Schwerpunkten

Das Pluto-Charon-Paar ist qualitativ nicht von dem Erd-Mond-Paar in Bezug auf die Umlaufbahnen. Wie bereits in anderen Antworten erwähnt, kreisen die beiden Körper in beiden Fällen umeinander, dh man beschreibt sie am besten so, als ob sie um ihren Schwerpunkt kreisen.

Physikalischer ausgedrückt ist das auf den Schwerpunkt des Erd-Mond-Systems zentrierte Bezugssystem "mehr galiläisch" zentrierte Referenz als die auf das geometrische Zentrum der Erde zentrierte Referenz: Wenn Sie physikalische Systeme auf der Erde hochpräzise messen, sehen Sie einige " "Jitter" zeigt, dass die Erde nicht wirklich galiläisch ist. Das meiste davon ist auf die Erdrotation zurückzuführen (der Jitter wird am bekanntesten durch Foucaults Pendel demonstriert)) Aber selbst wenn Sie die Rotation berücksichtigen, erhalten Sie immer noch einige Reststörungen, die von der Umdrehung der Erde um den Erd-Mond-Schwerpunkt herrühren. (Und wenn Sie diese reparieren, erhalten Sie immer noch einige aufgrund der Erdumdrehung um die Sonne - wirklich, die Erdumdrehung um den Schwerpunkt des Sonnensystems - und einige aufgrund der Drehung der Galaxie und so weiter , aber sie werden immer schwieriger zu erkennen.)

Über Gezeiten

Wenn zwei runde Körper sich gegenseitig umkreisen, neigen sie dazu, in "Gezeitenblockade" zu geraten: Ihre individuelle Rotationsgeschwindigkeit synchronisiert sich mit der Umdrehung, so dass in Ordnung ist die beiden Körper immer die gleiche Halbkugel zueinander halten. Pluto und Charon sind dabei. Der Mond ist auch gezeitenhaft mit der Erde verbunden: Wir sehen immer die gleiche Hemisphäre (tatsächlich sehen wir ein kleines bisschen mehr als die Hälfte des Mondes, weil er ein bisschen wackelt). Die Erde ist noch nicht gezeitengesichert. Aber letztendlich wird es so sein.

In der Tat üben die Erde und der Mond Gezeitenkräfte aufeinander aus. Dies lässt sich am einfachsten durch die Berücksichtigung der Umlaufgeschwindigkeit erklären: Wenn ein sehr kleiner Satellit einen großen Planeten umkreist, muss er mit einer Geschwindigkeit fliegen, die von der Höhe des Satelliten abhängt: Je weiter der Satellit entfernt ist, desto langsamer ist er (z. B. Satelliten mit niedriger Umlaufbahn) Zoom bei ungefähr 8 km / s, während der Mond in gemächlichen 1 km / s oder so geht). Aber der Mond ist ziemlich sperrig: sein Radius beträgt etwas mehr als 1700 km. Dies bedeutet, dass die Felsen auf der anderen Seite des Mondes, wenn das Zentrum des Mondes die richtige Geschwindigkeit für seine Umlaufbahn erreicht, 1700 km weiter von der Erde entfernt sind und daher ein bisschen zu schnell für diese Umlaufbahn sind und sie verlassen möchten . In ähnlicher Weise sind die Felsen auf der nahen Seite des Mondes 1700 km näher an der Erde und bewegen sich daher zu langsam: Sie neigen dazu, auf die Erde zu "fallen".

Das Phänomen ist symmetrisch: Die Erde erfährt auch Gezeitenkräfte vom Mond. Tatsächlich erfahren sowohl die Erde als auch der Mond Gezeitenkräfte durch das Erd-Mond-Gravitationspaar. Dies erzeugt Gezeiten, bei denen sich Wasser als Reaktion auf die Kräfte bewegt; felsen nicht, weil sie felsen sind, dh unter normalen bedingungen nicht sehr flüssig - sie möchten sich bewegen, sind aber zu starr, um dies zu tun.

Die Gezeitenkräfte wirken der Erde entgegen, die sich schneller dreht als die 27 Tage für eine Erd-Mond-Revolution, und die Rotationsenergie wird langsam abgebaut: Ein Teil davon wird zufällig in die Erd-Mond-Gravitationskopplung injiziert, die sie auseinander treibt einander (gemessen mit Reflektoren von Raumsonden und Apollo-Missionen: Der Mond flieht mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 38 mm pro Jahr vor uns); Der Rest geht in der Reibung durch fließendes Wasser verloren und wird schließlich in Wärme umgewandelt, die in den Weltraum abgestrahlt wird.

Fazit: Die Erdrotation verlangsamt sich. Zum Beispiel hätte ein Tag zur Zeit der Dinosaurier (der großen, nicht der Vögel) ungefähr 22 Stunden gedauert. Die Verlangsamung ist in Zeitmesskreisen als ΔT bekannt .

Jedoch...

Selbst wenn die Erde mit dem Mond in Flut gerät, wird es immer noch Gezeiten geben (zumindest, wenn zu diesem Zeitpunkt noch flüssiges Wasser vorhanden ist, was keine Selbstverständlichkeit ist, da die Sonnenenergie voraussichtlich vor 5 Milliarden Jahren stark sinken wird in). In der Tat erzeugt das Sonne-Erde-Paar auch Gezeitenkräfte. Die Gezeitenkräfte von Erde und Mond sind etwa doppelt so stark, sodass die mondbedingten Gezeiten größer sind. In einer gezeitenbedingten Situation sollten wir jedoch immer noch Gezeiten beobachten, die von der Sonne induziert werden - jedoch in kleinerem Maßstab.

(Ohne den Mond würde sich die Erde letztendlich mit der Sonne und einer 365-Tage-Rotation verbinden - natürlich unter Verwendung der heutigen Länge für einen Tag. Mir ist nicht ganz klar, was aus dem Sonne-Erde-Mond-System werden soll auf sehr lange Sicht, aber es scheint, dass dies immer noch eine offene Forschung ist, vor allem, weil es andere Planeten in der Mischung gibt, was zu einer sehr komplexen Situation führt.)

TLDr Antwort:

Beide Antworten sind sehr gut. Es gibt ein paar weitere Details zu beachten, wenn wir uns alle Was-wäre-wenns in diesem amüsanten, aber verrückten Szenario ansehen möchten.

Das bereits erwähnte Größenverhältnis beträgt 8 zu 1, nicht 81 zu 1, so dass der charonähnliche Mond für den Anfang viel größer am Himmel wäre. Der Mond, mit ungefähr der 10-fachen Masse und einer etwas größeren Dichte aufgrund einer geringfügigen Verdichtung, wäre bei gleicher Entfernung immer noch 2,1-mal so groß wie am Nachthimmel, was ihn 4-mal so hell machen würde. Ein Vollmond wäre ziemlich beeindruckend. Vielleicht (gerade noch) hell genug, um darin zu lesen, wenn es sich um ein großes Lehrbuch handelte. (Einige Leute behaupten, dass sie jetzt im Mondlicht lesen können, die meisten Leute können das nicht, aber viermal heller, ein Vollmond könnte gerade hell genug sein.

Sonnenfinsternisse würden häufiger auftreten und ungefähr doppelt so lange dauern, und Sie könnten denken, die Erde wäre etwas kälter, da der Mond etwas Sonnenlicht blockiert, aber der Mond strahlt, ob Sie es glauben oder nicht, mehr Wärme auf die Erde aus, als er blockiert Der beleuchtete Mond, der uns gegenübersteht, ist tagsüber fast 13 Grad Celsius heiß und es ist nicht schwer zu erkennen, dass eine Oberfläche mit dieser Temperatur etwas Wärme ausstrahlt. Nicht viel, aber einiges. Eine Frage dazu hierEtwas mehr als das Vierfache der Energie (ohne Berücksichtigung der Sonnenfinsternisverluste), etwa ein Zehntel der Sonnenwärme, könnte bei Vollmond nachts auf ein Zehntel eines Grades ansteigen. Sicherlich nicht viel, aber für jeden messbar, der über ausreichend empfindliche Instrumente verfügt. Die Helligkeit und Größe des Mondes wäre offensichtlich deutlicher als etwa 1/10 von 1 Grad in der Temperatur (C nicht F).

Ein Mond dieser Masse würde die Erdrotation bedeutend schneller verlangsamen, aber wir müssen uns diesen einen Gedanken machen. Als sich der Mond formte, war er der Erde viel näher, ungefähr 3-5 mal so groß wie der Radius der Erde. Quelle. Das ist außerhalb der Hügelkugel, und die Bildung des Mondes ließ die Erde sehr schnell rotieren, so dass die Auswirkungen (schnell rotierende Erde, sehr mächtige Mondfluten) immer noch da wären, aber die Mondfluten wären 10-mal so groß, also suchen wir Bei Gezeiten auf Erdbebenebene war der Mond, 10-mal so groß wie die Masse, 3 bis 5 Erdradien entfernt. Der Mond würde sich, weil er während der Formation nicht viel Drehimpuls hätte, schnell in eine flüchtige Rotation um die Erde versetzen. Wenn der Gezeiteneffekt auf der Erde zehnmal so groß ist, würde er (ungefähr) zehnmal so groß sein wie die Gezeitenausbeulung auf der Erde. Dies würde den Mond etwa zehnmal schneller von der Erde wegdrücken, gleichzeitig würde sich der Gezeitenwiderstand verlangsamen Die Erde wäre auch 10-mal so groß (ich nehme an, das entspricht ungefähr 10-mal so schnell).

Im Grunde genommen würden Mond und Erde dem System folgen, in dem sie sich gerade befinden, aber es würde bei einem Mond mit der zehnfachen Masse ungefähr zehnmal schneller ablaufen. Die Schätzung (hier) ist, dass es ungefähr 50 Milliarden Jahre dauern wird, bis der Mond die Erde genug verlangsamt, um in den Gezeitenschutz einzutreten. Teilen Sie dies so, dass wir heute einem Gezeitenschutz sehr nahe sind. Die Erde würde sich sehr langsam drehen. Der Mond wäre (wahrscheinlich) auch etwas weiter von der Erde entfernt und hätte aufgrund von Sonnenstörungen wahrscheinlich eine wackeligere Umlaufbahn und wäre möglicherweise vollständig entkommen. Dies ist ein kompliziertes Stück Mathematik, das ich lieber nicht versuchen würde (bei der gegenwärtigen Masse des Mondes wird die Sonne lange bevor entweder der Mond entkommt oder die Erde in Ordnung ist, roter Riese, aber mit einem Mond, der 10-mal so massereich ist) ' Es ist wahrscheinlich nicht mehr der Fall, und entweder ist der Mond verschwunden oder der Mond ist weiter entfernt, hat eine verlängerte Umlaufbahn und die Erde befindet sich in oder in der Nähe von Gezeiten. Wenn der Mond entkommen würde, hätten wir ein erdnahes Umlaufbahnobjekt von enormer Größe, das später in uns einstürzen oder an der Erde vorbeischwingen und unsere Umlaufbahn bewegen könnte - jeder Effekt und einfach der Effekt, keinen Mond zu haben, wäre enorm.

Diskussion über die Flucht von Mond / Erde gegen Gezeiten hier

Wenn wir von einem vollständigen Gezeitenstopp, 29,5 Tagen (synodisch, nicht sidreal) und einem etwas weiter entfernten Mond ausgehen, sehen wir uns 30 bis 40 Tage für eine Erdrotation an, das sind 20 Tage Sonnenschein und 20 Tage Nacht. Das würde das Wettersystem und die Jahreszeiten in den Schatten stellen. Tag zu Nacht hätte eine größere Auswirkung als Sommer zu Winter, und die Sommertage würden sengender werden, obwohl einige Regionen aufgrund von Niederschlägen möglicherweise in Ordnung sind. Evolution könnte sich wahrscheinlich daran anpassen, aber es hört sich für mich nicht lustig an. Die weitere Entfernung könnte dazu führen, dass der Mond am Nachthimmel nur dreimal so hell ist wie am 4., obwohl er immer noch ziemlich hell ist. Sie würden immer noch 6 Monate Sonne und 6 Monate Nacht an den Polen haben, aber für den größten Teil der Erde wäre dies eine radikale Veränderung, wenn die Tage und Nächte so lang wären.

Weitere mögliche Auswirkungen, Obliquity (kein Mond, vielleicht größer, ein größerer Eiszeitfahrer), finden Sie hier . Hätte die Erde noch den Mond, aber der Mond befand sich in einer verlängerten Umlaufbahn, hätten wir immer noch Gezeiten, wenn der Mond ein- und ausfuhr, um zu appogieren und zu perogieren. siehe bild

Quelle

Unterm Strich würde sich ein Mond mit einer anderen Größe tatsächlich ziemlich viel ändern, auch wenn wir nicht viel darüber nachdenken. Ein kleinerer Mond würde sich langsamer von der Erde entfernen, und die Erde könnte möglicherweise einen zweiten Mond erobern. Wenn der Mond kleiner wäre, hätten wir möglicherweise auch aggressivere Eiszeiten und Klimaveränderungen aufgrund einer größeren Abweichung der Neigung und Unter der Annahme, dass der gigantische Aufprall immer noch auf ähnliche Weise abläuft, sich jedoch weniger Trümmer ansammeln (was keinen Sinn ergibt, aber so tun lässt), hätte ein kleinerer Mond die Erdrotation nicht so stark verlangsamt und die Erde könnte sich ziemlich drehen ein bisschen schneller, 10 oder 15 Stunden Tage statt 24. Die Auswirkungen wären ziemlich signifikant.