Efectos de la marea solar en los planetas

Es bien sabido que las mareas (lunares) en la Tierra dan como resultado una transferencia del momento angular de la Tierra propiamente dicha al movimiento orbital Tierra-Luna. Es por eso que la Luna reside ahora en una órbita terrestre alta, y la rotación axial de la Tierra es hoy en día mucho más lenta que en el pasado (Hadean, Archean, etc.).

¿Qué pasa con los efectos de las mareas solares , de hecho? El momento angular ciertamente debe transferirse desde la Tierra propiamente dicha al movimiento orbital Tierra-Sol. ¿Resulta en un pequeño aumento del momento angular orbital heliocéntrico de (Tierra+Luna) durante milenios? ¿Qué pasa con Marte y Ceres: la marea solar frena su rotación axial y cambia ligeramente sus órbitas? ¿Y qué hay de Venus: su frenado por marea solar explica completamente la lentitud de la rotación?

Apéndice. La marea solar no puede confundirse con el efecto “dual”: marea planetaria sobre la estrella central. También existe y tiene mucha importancia para los planetas (extrasolares) en órbitas cercanas, pero esta pregunta no se trata de las mareas en el Sol. Aceptaría una respuesta asumiendo que la gravedad del Sol es esféricamente simétrica, despreciando la desviación del Sol de la simetría esférica, así como la rotación (incluso teniendo en cuenta la Relatividad General). La marea solar es la interacción entre esta gravedad y el objeto en órbita. Según las leyes de Newton, la gravitación afecta recíprocamente al impulso del Sol (y, por lo tanto, a la velocidad), y podemos ignorar aquí cualquier efecto sobre el Sol más allá de su movimiento de traslación (impulso/velocidad/posición).

Un pequeño punto, no quiero dar una respuesta completa ya que mis matemáticas se vuelven difíciles, pero el efecto de marea de los planetas en el sol es bastante pequeño porque la distancia del planeta al sol es significativa en comparación con su tamaño. Los pequeños puntos en el cielo no crean mareas medibles y, desde el sol, los planetas son solo pequeños puntos. Hay algún efecto, pero es pequeño, mucho más pequeño que el de la Luna en la Tierra. De hecho, yo (creo) que la masa que desprende el sol puede ser un factor más importante en el movimiento de la Tierra alejándose del sol que la transferencia de energía de las mareas al momento angular orbital.
@userLTK: La marea solar es una interacción entre la gravedad (no homogénea, pero esféricamente simétrica) del Sol y el objeto en órbita. La geometría y el movimiento de rotación de este objeto son significativos, no los del Sol. No vamos a discutir los efectos en el cuerpo central, podría ser incluso un agujero negro, no importa.
Si el Sol fuera reemplazado por un agujero negro de la misma masa, la transferencia de energía al momento angular sería cero porque no habría un abultamiento de marea en el Sol. El tamaño del sol también es un factor. A medida que se expande en tamaño, el efecto aumentará. (a menos que no entienda tu pregunta). El efecto sobre la desaceleración de Venus sería el mismo, pero el tamaño del sol importa en la transferencia de energía a la órbita del planeta.
@userLTK: Si el Sol fuera reemplazado por un agujero negro de Schwarzschild de la misma masa, la transferencia del momento angular del planeta en rotación ocurriría porque habría una protuberancia de marea en el planeta. Intente dibujar un diagrama de fuerza simple (newtoniano) suponiendo una aproximación de dos masas puntuales para el planeta. ¿Aún no entiendes mi pregunta? Ī̲ Lo siento, pero Ī̲ hizo todo lo posible para ayudar.
@userLTK: puede comprender mejor el mecanismo si considera que el cuerpo central orbita alrededor del centro de masa, sin asumir que tiene una masa infinita.

Respuestas (1)

Estás bien; el efecto de las mareas solares en la Tierra sería aumentar el momento angular orbital de la Tierra (o de la Tierra+Luna) alrededor del Sol. Pero sería difícil calcular esto correctamente, y probablemente imposible medir el efecto, debido a todas las demás pequeñas alteraciones en la órbita de la Tierra.

Una forma simple de ver el efecto (que supongo que ya ha resuelto) es imaginar dos objetos de igual masa en órbita circular alrededor de su centro de masa común (a mitad de camino entre los dos), uno efectivamente una masa puntual (por ejemplo, agujero negro) y el otro es la Tierra. Si todo el movimiento es progresivo (la Tierra gira en la misma dirección que la órbita) y la Tierra gira más rápido que el período orbital, entonces el abultamiento de la marea de la Tierra estará ligeramente por delante de la dirección Tierra-Sol. Luego, la protuberancia del lado cercano experimentará una fuerza de retardo de la masa puntual (frenando la rotación de la Tierra) mientras simultáneamente tira de la masa puntual aproximadamente en la misma dirección que el movimiento orbital de este último. Entonces, la masa puntual se acelera, lo que se suma al momento angular y hace que la órbita sea más grande.

Creo que la mayoría de los intentos de estimar el par de las mareas solares en la Tierra terminan siendo de 5 a 10 veces más débiles que el par lunar, por lo que la mayor parte de la desaceleración en la rotación de la Tierra todavía se debe a la Luna.

Por supuesto, en el Sistema Solar real, el Sol también experimenta una protuberancia de marea levantada por la Tierra, que (debido a que el Sol gira más rápido que la órbita de la Tierra) acelerará la Tierra hacia adelante en su órbita, lo que también aumentará el momento angular orbital. Pero entonces hay que recordar que Venus y Mercurio generarán abultamientos de marea más grandes en el Sol con diferentes períodos (en relación con la órbita de la Tierra), por lo que el efecto combinado se complica.

En cuanto a Marte y Ceres: sí, en principio se aplicaría el mismo efecto. Pero sería más débil para Marte (radio planetario más pequeño, mayor distancia del Sol) y mucho más débil para Ceres (mismas razones, excepto que más).

Además, todas las órbitas están siendo afectadas por interacciones de N-cuerpos con el resto de los planetas (especialmente Júpiter), lo que sospecho que significa que cualquier cambio potencial en el momento angular orbital debido a las mareas solares sería eliminado por los diversos N-cuerpo e interacciones resonantes.

(Tengo entendido que el frenado de las mareas solares podría explicar las rotaciones actuales de Mercurio y Venus, aunque realmente no puedes estar seguro porque no sabes cuáles fueron sus rotaciones iniciales ).

Ī̲ hizo algunas estimaciones para Marte. Todo su momento angular axial vale la pena alterar la órbita en ≈ 13 km (de los cuales 5 km perpendiculares al plano orbital), dos órdenes de magnitud por debajo de eso harían girar el plano orbital en solo 1″. Tiene razón: los efectos de la marea solar en las órbitas son insignificantes.
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