¿El lado de la Luna que mira hacia la Tierra que vemos hoy siempre nos ha dado la cara desde que la Luna se bloqueó por mareas? ¿O tiene precesión?

El lado de la Luna que mira hacia la Tierra no cambia actualmente debido a ninguna de las fuerzas ejercidas sobre él por otros cuerpos (excepto las libraciones) .

De Gladman et. Alabama. : “ la disipación de las mareas en el satélite lo lleva a un estado en el que […] el eje de giro de un satélite en un estado generalizado de Cassini parecerá estacionario. " El$S_2$El estado de Cassini es uno de los dos posibles estados estables eventuales para un sistema lunar general. Pero, según Gladman, nuestra Luna tiene "$S_2$como el único estado Cassini posible ".

Antes de alcanzar un estado de Cassini, las fuerzas de marea ejercen un par promedio de$-SC\cos\theta\sin\theta$, dónde$\theta$es la oblicuidad de la órbita de la luna medida con respecto a la órbita normal,$C$es el momento de inercia del satélite con respecto al eje de giro, y

Tenga en cuenta que$S$tiene$r^3$en el denominador (también como señaló Stuart Robins en un comentario anterior), lo que significa que el par ejercido por las fuerzas de las mareas era mucho mayor cuando la Luna estaba más cerca de la Tierra. En otras palabras, dado que la cara de la Luna hacia la Tierra no está en precesión ahora, ciertamente no lo habría hecho en el pasado cuando el par de marea potencial era mayor.

Creo que Gladman et. Alabama. brindan evidencia bastante creíble de su afirmación de bloqueo de marea, ya que explican oscilaciones, órbitas altamente excéntricas y esferoides achatados tanto en el planeta como en la luna. No tienen en cuenta específicamente la gravitación de otros cuerpos como el Sol. La ecuación anterior también nos da una comparación de los efectos relativos de las mareas en la Luna al notar$m/r^3$es 9.2e7 para el sistema Tierra/Luna, pero solo 5.9e5 para el sistema Sol/Luna. Las perturbaciones gravitatorias del Sol y otros objetos del sistema solar afectan los elementos orbitales de la Luna, pero no tienen un efecto significativo en su tasa de rotación.

Hay mucha evidencia geológica lunar que respalda a Gladman et. Alabama. La afirmación de que el estado de Cassini es estable, en el sentido de que vemos una asimetría fundamental entre las caras cercana y lejana de la Luna. La cara cercana tiene una corteza más delgada y más maría volcánica. El lado lejano tiene una corteza más gruesa y cráteres de asteroides más visibles:

Roy et. Alabama. afirman que la asimetría entre las caras cercana y lejana se debe al calor de la Tierra que hace que la Luna bloqueada por las mareas tempranas se enfríe más lentamente en la cara lunar que apunta a la Tierra fundida que se enfría. Si su teoría es correcta, entonces la cara de la Luna hacia la Tierra no ha cambiado significativamente desde la infancia del sistema Tierra/Luna.

La cara cercana de la Luna no parece estar en precesión actualmente, pero ¿podría haber cambiado la orientación de su configuración original de bloqueo de marea? Hay una fuerte sugerencia de Kadono , que el impacto de un asteroide podría tener un efecto en la velocidad de giro. Desafortunadamente, el documento está detrás de un muro de pago, así que hagamos un cálculo "en la servilleta" para ver cuánto momento angular podría tener un gran impacto de asteroide en la luna.

La cuenca más grande conocida en la Luna es la cuenca del Polo Sur-Aitken . El tamaño y la velocidad del impactador fueron estimados por Potter et. Alabama. Uno de sus modelos asume un impactador de condrita con densidad$\rho$de 3580 kg/m3 en un radio de 100 km$r$a una velocidad de impacto$v$de 10 km/s. podemos calcular la masa$m=\rho 4/3\pi r^3$o 1.5e19kg. La ecuación para el momento lineal es$l=mv$o 1.5e20km*kg/s.

El momento de inercia de una esfera es$I=2/5MR^2$y podemos usar$M=7.342e22kg$y$R=1737.4km$como la masa y el radio de la Luna para obtener$I=8.86e28$. Si establecemos el momento angular de la Luna$I\omega=1.5e20$y resolver para$\omega$dándonos un cambio de tasa de rotación resultante de 1.69e-9 radianes por segundo o alrededor de 3 grados por año. Estos cálculos asumen un ángulo de impacto paralelo a la superficie lunar, lo cual es imposible, pero forma un límite superior para un cambio de impulso. Los impactos de ángulo más alto aún conservan el impulso, pero la mayor parte del impulso se destina a cambiar los parámetros orbitales en lugar de la velocidad de rotación.

¿ Desde cuándo la Luna quedó bloqueada por mareas con la Tierra? , sabemos que el tiempo de bloqueo de marea es

Calculé la ecuación anterior, suponiendo que el semieje mayor orbital de la Luna era menos de la mitad de su valor actual hace tanto tiempo. Si la luna fuera golpeada de la manera presentada anteriormente, se bloquearía de nuevo en menos de 2 años, girando menos de 6 grados en ese tiempo. Entonces, no, después de que la Luna se bloqueara por primera vez, la misma cara casi siempre apuntaba a la Tierra.

Notas:

1. Es posible que las asimetrías en la composición de la Luna reduzcan el tiempo hasta el bloqueo de marea, pero no es necesario para ninguno de los cálculos anteriores. Incluso si la composición de la Luna fuera homogénea, aún ocurriría un bloqueo de marea.

2. Hay muchas otras teorías para la asimetría de la cara lunar, pero la mayoría de ellas se basan en un bloqueo de marea constante a través de la primera parte del sistema Tierra/Luna. Una excepción podría ser Elardo et. Alabama. quienes afirman que la asimetría se debe a una mayor abundancia de isótopos radiactivos en el lado cercano de la Luna, que agregan calor y reducen las temperaturas de fusión del material. A la mezcla la llaman KREEP .

3. No podemos eliminar por completo la posibilidad de que la Luna haya sido golpeada por un asteroide aún más grande que el mencionado anteriormente, con la evidencia luego cubierta por el vulcanismo. Esta respuesta solo se basa en la evidencia actualmente disponible.