¿Cómo pueden la Tierra y la Luna estar en rotación síncrona si la Luna no estará en órbita geoestacionaria?

Se dice que la Luna se aleja de la Tierra y que durante la fase de gigante roja o enana blanca del Sol, la Luna estará aproximadamente un 40% más lejos que ahora y en una rotación síncrona ("rotación de asa") con la Tierra, lo que significa que siempre estar por encima del mismo lugar en la Tierra, como Plutón-Caronte. Pero, ¿cómo sería esto posible si la Luna no estuviera en una órbita geoestacionaria que está a 35 786 kilómetros (22 236 millas) sobre la superficie de la Tierra?

Por curiosidad, ¿dónde ves que se dice que la Tierra estará girando sincrónicamente con la órbita de la Luna en ese momento? De hecho, la rotación de la Tierra se está desacelerando como dice @usernumber, debido a las interacciones de las mareas con la Luna. Pero la tasa de cambio es demasiado lenta para alcanzar la rotación sincrónica cuando el Sol alcanza la fase de gigante roja (y cambiará aún más lentamente a medida que la Luna continúa alejándose).
@ELNJ Lo corregí a "gigante roja o enana blanca", pero el número de usuario dijo que ambos cuerpos pueden estar bloqueados por mareas cuando el Sol se convierta en una gigante roja.
Pero es bastante probable que la Tierra sea engullida por el Sol cuando el Sol se convierta en una gigante roja, por lo que la evolución del giro de la Tierra más allá de ese tiempo es una pregunta académica :-) Solía ​​pensar que la Tierra y la Luna eventualmente se sincronizaría, pero si calculas los números, no hay suficiente tiempo. Agregaré una respuesta más tarde con el cálculo.
@ELNJ Los científicos simplemente no están seguros de si la Tierra (y Marte) serán víctimas del límite de Roche. Solo están seguros de que Mercurio y Venus serán tragados mientras que Júpiter no. Esta pregunta asume que la Tierra sobreviviría a la fase de gigante roja.

Respuestas (2)

Aunque la rotación de la Tierra se está desacelerando debido a las interacciones de las mareas con la Luna, la escala de tiempo para que la Tierra alcance una rotación sincrónica con la órbita de la Luna es bastante larga, incluso para los estándares astronómicos, y ciertamente no sucederá durante la fase de gigante roja.

El cambio actual en la rotación de la Tierra es de 1,7 ms/siglo durante los últimos 100 años y de 2,3 ms/siglo desde el siglo VIII a. (Consulte Wikipedia para referencias). Para ser conservadores (es decir, para darle a la Tierra la mejor oportunidad de llegar a la rotación sincrónica), tomemos la mayor tasa de rotación.

Convirtiendo unidades, esto es

2.3 × 10 − 3   s mi C 10 2   y r × 1   d a y 86400   s mi C = 2.66 × 10 − 10   d a y y r = 1   d a y 3.76 × 10 9   y r

Entonces, a la tasa de cambio actual, la duración del día aumenta en un día (actual) cada 3.800 millones de años. Entonces, cuando el Sol alcance la fase de gigante roja en 5 a 7 mil millones de años, el día será como máximo 2 días más largo, es decir, aproximadamente 3 de nuestros días actuales. La órbita de la Luna será más larga que sus 27,3 días actuales (está girando en espiral hacia afuera debido a las mismas interacciones), por lo que no estaremos cerca de una rotación sincrónica en ese punto.

Suponiendo que la Tierra sobreviva al ser engullida por el Sol durante la fase de gigante roja, ¿cuánto tiempo tardará? Al ritmo calculado anteriormente, cambiar del actual 1 día al período orbital actual de la Luna de 27,3 días requiere un cambio de 26,3 días, lo que lleva unos 100 000 millones de años (alrededor de 7 veces más que la edad actual del universo) al ritmo actual de cambio. Todavía no estamos sincronizados en ese punto, ya que la Luna se habrá movido hacia afuera en ese punto y, por lo tanto (según la tercera ley de Kepler), tendrá un período orbital más largo. (Para calcular el período correcto con el que comparar, tendría que averiguar qué período orbital proporciona una rotación síncrona dada la cantidad actual de momento angular en el sistema Tierra-Luna).

Hay dos razones principales por las que lo anterior es una subestimación de cuánto tiempo llevaría esto:

  1. Como ya se señaló, a medida que la Luna gana momento angular orbital debido a la rotación de la Tierra, la Luna se mueve hacia una órbita más grande. Esto debilita las interacciones de las mareas entre la Tierra y la Luna, lo que hace que la tasa de cambio disminuya con el tiempo.

  2. Durante la fase de gigante roja (o mucho antes ), los océanos de la Tierra se evaporarán. Sin un océano líquido, la protuberancia de la marea levantada en la Tierra por la Luna será mucho más pequeña. Por lo tanto, el intercambio de momento angular y la tasa resultante de cambio de la duración del día son nuevamente más lentos.

Hay varios otros efectos sobre los que podrías especular (es decir, ¿tendrá la Tierra una Luna, suponiendo que sobreviva a la fase de gigante roja del Sol?), pero esto da una idea de las largas escalas de tiempo que tendrías que considerar para esta evolución orbital específica. .

Si te entiendo correctamente, la Luna no se alejará tan rápido como se informa actualmente, aproximadamente 1,6 pulgadas por año. El distanciamiento de la Luna se ralentizaría y la Luna tardaría más de 100 mil millones de años en llegar a la distancia final en la que debe permanecer.
@Greenhorn Es difícil dar predicciones confiables de los movimientos de la Tierra y la Luna después de que el Sol se convierta en una gigante roja. Las órbitas de todos los planetas se verán afectadas porque el Sol perderá alrededor del 50% de su masa actual durante sus fases de gigante roja.
@PM2Ring Se dice que la Tierra-Luna, si sobreviven, orbitarían allí donde actualmente se encuentra la órbita de Júpiter, unas 5 veces más lejos del centro del Sol. Según se informa, el Sol de todos modos ya se aleja de la Tierra, como lo hace la Luna de la Tierra.
@Greenhorn No, la distancia promedio entre el sistema Tierra-Luna y el Sol actualmente es bastante estable, aunque la distancia cambia a lo largo del año porque nuestra órbita es una elipse. Va desde aproximadamente 147.095.000 km hasta 152.100.000 km.
@PM2Ring Al parecer, la Tierra y el Sol se están distanciando lentamente el uno del otro. No recuerdo de dónde saqué eso, creo que es de una de las respuestas del siguiente enlace, pero hay millones de preguntas. Aquí es también donde aprendí algunas otras cosas sobre la evolución del Sol y la Luna. astronews.com/frag/index.shtml

La aceleración de las mareas de la Luna sobre la Tierra reduce la velocidad de rotación de la Tierra.

La altitud de la órbita geoestacionaria depende de qué tan rápido gira la Tierra. Si la Tierra girara más rápido, la órbita geoestacionaria sería más baja. Por el contrario, a medida que disminuye la velocidad de rotación de la Tierra, la órbita geoestacionaria se hará cada vez más alta.

Para cuando el Sol se convierta en una gigante roja, la velocidad de rotación de la Tierra se habrá ralentizado tanto que la Luna y la Tierra pueden estar bloqueadas por mareas.

¿Y qué tan lento se predice que girará la Tierra?
@Greenhorn Eso probablemente podría ser una nueva pregunta;)
Te estoy enviando A2A a la pregunta entonces: astronomy.stackexchange.com/questions/36918/…
El último párrafo necesita ser borrado o justificado. Esto parece poco probable
¿Cómo pueden la Tierra y la Luna estar en rotación síncrona si la Luna no estará en órbita geoestacionaria?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v