¿Cómo se puede calentar Io por mareas mientras está bloqueado por mareas?

¿Cómo se puede calentar Io por mareas mientras está bloqueado por mareas?

Está bloqueado por mareas en un sentido de movimiento medio de "bloqueado por mareas". Que Io esté en una órbita excéntrica en lugar de una órbita circular significa que las tensiones de las mareas pueden acumularse y se acumulan. Lainey et al. afirmar que la disipación de energía global en una luna estresada por las mareas está dada por

• $\dot E$es la velocidad a la que se disipa la energía de las mareas,
• $k_2$es el número de amor de marea de segundo orden de la luna,
• $Q$es el factor de calidad de las mareas de la luna,
• $n$es el movimiento medio de la luna,
• $R$es el radio de la luna,
• $G$es la constante gravitacional universal, y
• $e$es la excentricidad de la órbita de la luna.

El radio$k_2/Q$depende en gran medida de la composición del interior de la luna. En comparación con una luna con un interior sólido, una luna con un interior parcialmente fundido tendrá un valor ligeramente mayor de$k_2$y un valor significativamente menor de$Q$. El vulcanismo de Io es un signo de una luna con al menos un interior parcialmente fundido.

La potencia de cinco en el movimiento medio y el radio de la luna significa que una luna grande que orbita cerca de su planeta padre estará sujeta a una tensión de marea mucho mayor que una luna pequeña que orbita lejos del planeta padre. Io es una luna grande (más grande que nuestra Luna) y orbita bastante cerca de Júpiter.

Finalmente, aunque la excentricidad de Io es pequeña, no es cero. el hecho de$e^2$significa que la disipación de la energía de las mareas depende en gran medida de la excentricidad. Esas tensiones de marea normalmente actuarían para circularizar la órbita de Io alrededor de Júpiter, reduciendo así las tensiones de marea. Sin embargo, Io también está en resonancia orbital 1:2:4 con Europa y Ganímedes. Estas interacciones tienden a aumentar la excentricidad de Io.

Se ha planteado la hipótesis de que esto conduce a un bucle de histéresis interesante (p. ej., Yoder ). Suponga que el interior de Io es frío y su excentricidad es muy baja. Esto hace que las tensiones de las mareas sean muy bajas. Esto reduce el impacto de los efectos de circularización de Júpiter en la órbita de Io. Los efectos de resonancia ahora comienzan a dominar, haciendo que la órbita de Io se vuelva más excéntrica. Las tensiones de las mareas ahora se vuelven significativas y el interior de Io se calienta. En algún momento, las tensiones de las mareas que conducen a la circularización dominan los efectos de Europa y Ganímedes. La órbita de Io se circulariza y el interior de Io se enfría. Enjuague y repita.

Lainey, et al. "Fuerte disipación de mareas en Io y Júpiter a partir de observaciones astrométricas", Nature 459.7249 (2009): 957-959.

Yoder, Charles F. "Cómo el calentamiento de las mareas en Io impulsa los bloqueos de resonancia orbital de Galileo". Naturaleza 279.5716 (1979): 767-770.

Esa oración en wikipedia continúa "a partir de la fricción generada dentro del interior de Io cuando se tira entre Júpiter y las otras lunas galileanas".

Hay una resonancia orbital (con las otras lunas galileanas) que evita que la órbita de Io se circularice y también evita que Io migre alejándose de Júpiter. Si las otras lunas no existieran, Io estaría en una órbita circular mucho más lejos de Júpiter y no estaría recibiendo ningún calentamiento de marea apreciable. Sí, la excentricidad de Io no es particularmente alta. Pero considere que Io está a solo 400kkm de Júpiter, y Júpiter es bastante... masivo.

Es fácil subestimar cuán masivo es Júpiter. Si haces los cálculos, las fuerzas de marea en Io son veinte mil veces las fuerzas de marea que la Luna causa en la Tierra (y la Luna es bastante masiva a medida que avanzan las lunas). El abultamiento de marea de la luna se extiende cien metros entre el apogeo y el perigeo, a pesar de la baja excentricidad. Ejecute el modelo y obtendrá alrededor de 0.6-1.6E14 W de calor generado por este proceso, lo cual es consistente con la pérdida de calor observada de Io. Esto eclipsa absolutamente tanto el calor producido por la desintegración radiactiva como por la insolación.

Júpiter es realmente masivo .