Могла ли Земля не иметь вращения вокруг своей оси?

[Крупин]

Уважаемый, Крупин. Я должен сказать спасибо Сурдину за то, что он дал мне ответ на вопрос: Почему Меркурий  остановился на стадии резонансного вращения, а не дошёл до стадии синхронного вращения? Версия ,по крайней мере удовлетворительная.

      Ну, если Вам достаточно удовлетворительного ответа просто для морального удовлетворения, что дескать я кое что знаю и в общем и целом мне понятно, то ответ Сурдина для этого подходит. Как, в принципе, для описания движения планет подходит система Птолемея. Тогда годится и аристотелево "природа боится пустоты". Если же Вам нужен ответ правильный, то в данном случае ответ Сурдина явно неподходящ.

     А вот фактор распределения масс внутри Меркурия  в деле стабилизации резонасного вращения у меня вызывает вопрос.Я, честно говоря, не понял механизма работы этого фактора. Почему этот фактор не сработал для Луны?  Луна благополучно дошла до синхронного вращения, хотя центр масс Луны смещён по линии Земля - Луна.

    И не мудрено, что не поняли - здесь у Сурдина совершенная путаница. Он причудливо перемешивает торможение приливным трением (из-за генерации приливной волны) с торможением/ускорением вращения в неоднородном гравиполе за счёт (стационарной) асимметрии распределения массы. А вещи это принципиально разные. Но это довольно долгий разговор и я напишу попозже в другом посте.

[Крупин]

     Продолжу разговор о резонансном  вращении Меркурия. Здесь играют роль несколько факторов - стационарная асимметрия фигуры планеты, приливные волны в меркурианской тверди и большая вытянутость орбиты. Для стабилизации резонанса 3/2 важны все эти факторы.
     Рассмотрим сначала по отдельности приливное торможение и влияние асимметрии. Для пояснения приведу аналогию. Если имеется идеально ровная планета, покрытая океаном - действует только приливная волна. Если планета абсолютно твёрдая, безводная и на ней есть большая неровность, например, огромное плато или впадина, то имеется только асимметрия.
    Роль приливного замедления, в принципе, такова же, как и для системы Земля-Луна. Есть, правда, некоторая особенность, которую обсуждали выше - кратковременное попятное движение Солнца (эффект Иисуса Навина), когда, в принципе, приливное трение может работать в обратном направлении. Но из-за краткосрочности этого периода в целом за период действует торможение. Так что при отсутствии статической деформации Меркурия он продолжал бы замедляться.  Если же имеется только асимметрия, то систематического замедления не будет, но вращение будет неравномерным - планета будет то ускоряться, то замедляться.
    Почему будет так? Возьмём планету с океаном и огромной горой в нём. Приливная волна всегда будет опережать солнце (если планета вращается быстрее, чем обращается по орбите). Поэтому Солнце всегда будет тянуть её назад, хронически замедляя планету. Гора же будет временами идти впереди Солнца - тогда планета будет тормозится. Зато в другие времена планета окажется сзади и Солнце будет ускорять вращение планеты.
      /продолжение следует/

[Крупин]

      Почему же Луна затормозилась до конца, а Меркурий остановился в резонансе 3/2? Можно было бы сказать, что из-за того, что орбита Луны круговая, а орбита Меркурия весьма вытянутый эллипс. И действительно, в случае круговой орбиты невозможен ни в какой иной резонанс, кроме полного синхронизма 1:1. Но орбита Луны далеко не круговая. И вообще, весьма далека от эллипса. Из-за большой удалённости от Земли на движение Луны большое влияние оказывает также и Солнце. И наверное, такая неправильность орбиты делает невозможным какой-либо другой резонанс в принципе, хотя абсолютно достоверно утверждать не берусь.
      Так или иначе, но Меркурий удерживается в нынешнем резонансном состоянии благодаря сочетанию трёх причин:
       1. Малому приливному трению, обусловленному отсутствием океанов и, вероятно отсутствием жидкого ядра (или его малостью). Но, почему же это трение мало, если, как справедливо указывает  slonougam

. Вот в Вики http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%83%D0%BD%D0%B0 рассказывают, что в земной коре вздымаются приливные волны высотой 50-51см.  Это немного, однако позволяет работать приливному механизму, подобные волны имеются и на Луне, и на Меркурии. Даже в отсутствии жидкостей.

приливная волна в твёрдом веществе Меркурия достигает весьма значительной величины.
     Действительно, высота волны в полметра впечатляет. В среднем приливная волна в открытом океане такой же величины. Но камень же плотнее воды и значит, действие полуметровой волны в камне равнозначно примерно 2,5 метровой океанской волны. Почему же в таком случае утверждается, что главную роль в торможении Земли играют приливные волны в океане?
         /продолжение следует/

[Крупин]

      Всё дело в фазировке приливных волн. Если вершина волны располагается в точности под Солнцем (для Меркурия) или Луной (также и Солнцем) для Земли, никакого приливного торможения нет. Для торможения нужен некоторый фазовый сдвиг волны - смещение гребня с линии на центр планеты. А угол этот зависит от диссипации - потерь энергии на внутреннее трение. В случае твёрдого тела приливная волна создаётся из-за упругого растяжения толщи в сотни и тысячи километров. При удлинении этого столба на полметра относительная деформация невелика, соответственно потерь почти нет. В океане частицы воды значительно смещаются относительно друг друга - потери значительны. Так что гребень приливной волны в тверди находится почти на линии Солнце-планета и торможения вращения почти нет несмотря на значительную высоту волны.

[Крупин]

Перейдём теперь непосредственно к самой сути. Рассмотрим сначала резонансное вращение 3/2 при наличии асимметрии (горы, впадины, масконы), но при отсутствии приливной диссипации. В этом случае наименьшему уровню энергии будет соответствовать такая фазировка вращения, при которой в положении перигелия вершина горы будет обращена либо к Солнцу, либо в диаметрально противоположном положении. В афелии же гора или впадина ориентируются перпендикулярно этому положению. И в случае отсутствия приливного торможения в силу симметричности ситуации результирующий вращающий момент за период каждого оборота зануляется. Скорость вращения остаётся стабильной. В случае появления приливной диссипации положение меняется.
        /продолжение следует/

[Крупин]

   В этом случае результирующий момент, равный сумме момента, обусловленного асимметрией и приливным моментом уже ненулевой и вращение Меркурия будет замедляться. Но при этом изменится фазировка . В перигелии гора или впадина на Меркурии уже не будет смотреть на Солнце. Из-за перекоса появится ненулевой (ускоряющий) момент от асимметрии, компенсирующий тормозящий момент от приливной диссипации. Баланс таким образом восстановится.
    Но совершенной стабильности не будет. Ведь из-за приливного трения энергия теряется. А возмещаются эти потери за счёт энергии орбитального движения. Но о механизме такой передачи в следующем номере.

[BelEv]

  Вполне возможно, что в своей геологической истории Земля могла  обращаться вокруг Солнца без собственного вращения, подобно Луне, вокруг  Земли. Как вы считаете, могло ли такое быть?

     Ну никак не просматриваются причины, по которым земной шар мог быть раскручен от скорости около 1 градуса за сутки до 15 градусов в час. Реальнее (и полезнее) рассматривать вопросы о процессах замедления вращения.
      Тут уже целиком переключились на Меркурий.  А я хотел бы вернуться на грешную Землю.  Чтобы не быть голословным, я, с Вашего позволения, вопрос переиначу. "Могла ли земная ось вращаться в пространстве не со скоростью  - 50,3"/г, а иметь угловую скорость близкую к + 360⁰ в год?"  С позиций современной астрономии это невозможно. По представлениям астрономов скорость прецессии - константа (см. в этом же разделе недавнее возвращение к теме о Фоменко и мою полемику с Пенелопой).
     Но если Вы поразмыслите над этим нелепым и нереальным вопросом, то увидите, что тогда:
   -  длительность тропического года на Земле могла продолжаться тысячи сидерических лет;
   -  на полушариях планеты тысячелетние зимы (ледниковые периоды) сменялись бы не менее продолжительными периодами летнего тепла:
   -  происходили бы циклические колебания уровня Мирового океана из-за наращивания и таяния ледниковых щитов (две трансгрессии моря на сушу и две регрессии за тропический год);
   -  полярные дни и ночи у полюсов продолжались бы, как и сейчас, по полгода (тропического), то есть тоже тысячелетия;
   -  мягкое тепло и солнечный свет - прекрасные условия для фотосинтеза у растений; стало быть в Антарктиде и на арктических островах могли расти дремучие леса; при определённых геологических условиях они могли превратиться в залежи угля;  наверное, образовался бы пояс приполярных угольных месторождений на Аляске, Чукотке, в Якутии, возле Воркуты и на Шпицбергене;
   -  полярная саванна по пищевым ресурсам для травоядных значительно превосходила бы нынешнюю африканскую; животные были бы покрупнее нынешних;  копытные были бы настолько велики, что охотиться на них могли бы только ещё более мощные хищники, волки и медведи гораздо крупнее современных и кошки с саблевидными клыками;
   -  поколения жителей заполярья (гипербореев) не знали не только зимы, но и ночи; поколения их потомков переживали бы ледниковые периоды в Африке, Аравии, Палестине и Индии;  то есть существовала бы субмеридиональная сезонная миграция людей и животных (сейчас это могут позволить себе только легкокрылые перелётные птицы);
   -  какие-то признаки великих переселения народов должны были бы сохраниться до наших дней (в виде общей индоевропейской языковой группы у разных народов, или санскрита в топонимике и местных говорах северных областей России);   
   -  легендарная Атлантида, которую энтузиасты ищут на средиземноморских широтах, могла бы оказаться на подводных склонах одного из арктических архипелагов, протянувшихся от Шпицбергена до Таймыра.
     И так далее, и тому подобное.  Вы сами можете набрать этих "что было бы, если бы ... " на полноценный паранаучно-псевдофантастический роман.     

[Крупин]

     Продолжу разговор о вращении Меркурия. Начнём рассмотрение механизма перекачки орбитальной энергии для компенсации приливных потерь с вопроса "возможен ли нереактивный разгон космического корабля ?". Думаю, подавляющее большинство читателей "с порога" отметёт такой абсурд. Но как ни странно, такое возможно. Советские учёные Белецкий и Гиверц предложили в 1963г. такой принцип, об этом сказано, например, в теме  https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=54106.0 .
     Возьмём длинный трос и прикрепим на концах массивные шары. растянем трос (технически для этого надо его раскрутить и шары раздвинутся из-за центробежной силы). Если при этом трос будет перпендикулярен направлению на центр планеты, то силы притяжения шаров будут направлены под некоторым углом друг к другу. Следовательно, результирующая сила (приложенная к центру тяжести) окажется немного меньше суммы сил тяжести шаров. Значит, можно рассматривать эту равнодействующую силу как сумму "обычной" силы притяжения и некоторой дополнительной силы отталкивания.
   Пусть такая конструкция движется по эллипсу и в перигее ориентирована как указано. Тогда эта дополнительная сила отталкивания при движении от перигея к апогею совершит некоторую положительную работу, увеличив энергию корабля. Шары улетят немного дальше, чем единый шар двойной массы.
     Если оставить шары раскрученными на тросе, то при обратном ходе весь этот выигрыш будет потерян. Однако мы подтянем трос (электродвигателем), совместив шары до достижения перигея.
    Достигнув перигея снова раздвинем шары. И снова получим некоторую прибавку. Повторяя такую манипуляцию многократно можно разогнать корабль до полного вылета.

[Крупин]

     При чём здесь космический корабль столь экзотической конструкции? Какое отношение он имеет к Меркурию? То отношение, что в обоих случаях происходит нереактивное изменение энергии орбитального движения. Только в случае Меркурия она не увеличивается, а уменьшается, компенсируя приливную диссипацию. Но ведь и космический корабль можно заставить не разгонятся а замедляться, если разматывать канат в апогее, а сматывать в перигее.
    Белецким и Гиверцем рассматривалась лишь технически осуществимая тросовая конструкция. Мы рассмотрим гипотетическую - два шара, соединённые длинным стержнем. При ориентации стержня перпендикулярно линии на центр планеты (или Солнца) как было сказано на систему помимо обычной ньютоновской гравитации как бы действует небольшая сила отталкивания. А что будет, если стержень направить в центр?
    В этом случае на ближайший к Солнцу шар будет действовать более сильная сила тяготения, чем на такой же шар, расположенный в центре тяжести. А на более удалённый шар будет действовать сила послабее. Если бы сила менялась с расстоянием по линейному закону, результирующая сила оказалась бы равной силе притяжения двойного шара в центре тяжести. Но с приближением к гравитирующему телу сила растёт быстрее. Поэтому разнесённые шары будут притягиваться сильнее, чем совмещённые в центре масс. Появится как бы дополнительная притягивающая сила.

[Крупин]

      Асимметричный Меркурий можно примерно представить себе как комбинацию симметричного шара и приложенной к нему вышеописанной гантели - двух шаров на длинном стержне (по длине равной диаметру Меркурия). Если Меркурий поворачивается так, чтобы гантель смотрела на Солнце, то на него действует дополнительное притяжение, если гантель повёрнута на 90 градусов - дополнительное отталкивание. В промежуточных случаях величина и направление дополнительной силы меняются в плавной зависимости от угла.
    Пусть приливных волн на Меркурии нет, а есть лишь асимметрия. В перигелии гантели смотрят строго на Солнце, а в афелии строго перпендикулярны к этому направлению. В прочих точках имеются какие-то другие углы. В этой симметричной ситуации никакого изменения орбитальной энергии за весь период не происходит, поскольку приобретение энергии при движении от перигелия к афелию компенсируется потерей при обратном движении от афелия к перигелию (из-за симметричности (равенстве углов ориентации в одинаково удалённых точках при "взлёте" и "посадке".
    Но если появляется приливное трение, фазировка гантели меняется. Перигелий проходится уже не при строгой ориентации на Солнце. Из-за такого перекоса работы дополнительных сил на восходящем и нисходящем участках не компенсируются и орбитальная энергия уменьшается.

[Valeriy Iljin]

     Ну никак не просматриваются причины, по которым земной шар мог быть раскручен от скорости около 1 градуса за сутки до 15 градусов в час. Реальнее (и полезнее) рассматривать вопросы о процессах замедления вращения.
     

  Ну,  а если принять предположение о катастрофическом столкновении двух обьектов,  ранней не вращающейся Земли и скажем предшественника Луны, что позволяет также найти решения  для нескольких проблем, которые возникают в той или иной степени. До сих пор продолжаются споры о появлении спутника Земли-  Луны , не найдены основные причины приводящие к изменениям  в глобальной климатологии- периодическое чередование ледниковых периодов и периодов потеплений, в орогенезе, и регрессиях уровня океанов, ну и так далее.

[slonougam]

[quote author=Крупин l
    Но совершенной стабильности не будет. Ведь из-за приливного трения энергия теряется. А возмещаются эти потери за счёт энергии орбитального движения.
[/quote] Уважаемый, Крупин. Спасибо за хорошую лекцию. Кое-что начало проясняться. Гравилет советских ученых В. Белецкого и М. Гиверца. - это вообше прелесть. Возник вопрос о стабильности. Если берётся энергия из орбитального движения, значит уменьшается скорость орбитального обращения, увеличивается период орбитального обращения Меркурия и уменьшается расстояние до Солнца. Но это может привести к рассогласованию резонанса вращения и обращения Меркурия? Или это чем-то компенсируется?

[Крупин]

    Но совершенной стабильности не будет. Ведь из-за приливного трения энергия теряется. А возмещаются эти потери за счёт энергии орбитального движения.

Уважаемый, Крупин. Спасибо за хорошую лекцию. Кое-что начало проясняться. Гравилет советских ученых В. Белецкого и М. Гиверца. - это вообше прелесть. Возник вопрос о стабильности. Если берётся энергия из орбитального движения, значит уменьшается скорость орбитального обращения, увеличивается период орбитального обращения Меркурия и уменьшается расстояние до Солнца. Но это может привести к рассогласованию резонанса вращения и обращения Меркурия? Или это чем-то компенсируется?

    Когда расстояние до Солнца сокращается, период сокращается также (у Вас опечатка). Резонанс остаётся в силе. Т.е. за оочень большое время Меркурий должен выпасть на Солнце. Но, видимо, оно раньше станет Красным Гигантом.

[bellatrix]

Возможно, но пока нет надежных данных о внутреннем строении Меркурия - сказать сложно. Можно только предполагать...
[/quote]
Ну почему возможно?! Ученые, в меру своих возможностей изучили Меркурий. 70% планеты составляет ядро, в состав которого входят никель и железо. Оно занимает 3/4 радиуса планеты и  окружено тонкими мантиями и корой. Меркурий содержит больше железа, чем какая-либо другая планета. Для своего размера Меркурий имеет очень мощную силу притяжения.

[slonougam]

    Когда расстояние до Солнца сокращается, период сокращается также (у Вас опечатка). Резонанс остаётся в силе. Т.е. за оочень большое время Меркурий должен выпасть на Солнце. Но, видимо, оно раньше станет Красным Гигантом.

С опечаткой согласен. Но Вы меня поняли правильно. Резонанс остаётся в силе. Соотношение 3/2 немного качнувшись восстановится. А вот численные выражения периода собственного вращения и периода орбитального обращения Меркурия  должны понемногу меняться. Должен наблюдаться небольшой дрейф этих величин. Да, в этой гонке Красный гигант фаворит.

[Крупин]

     Объяснить почему Меркурий удерживается в спин-орбитальном резонансе не столь сложно. Вот как он в такой резонанс угодил? Ведб очень сомнительно, что он приобрёл именно такую раскрутку непосредственно при формировании. Скорее же он крутился гораздо быстрее и не совсем в плоскости орбиты. Казалось бы дело яснее ясного - Меркурий постепенно замедлялся Солнцем и когда скорость вращения стала в 3/2 раза быстрее орбитального вращения, в этот резонанс и захватился. Однако, теоретики утверждают, что шансы такого захвата, хотя и ненулевые, не слишком велики.
     В какой то степени ситуацию может проиллюстрировать такая модель: возьмём слегка наклонную стиральную доску и вкатим снизу шарик, так чтобы его энергии не хватило до полного подъёма. Тогда шарик, преодолев последний барьер, который по энергии ещё ниже энергии шарика, не сможет перекатиться через следующий и, отразившись от этого потенциального барьера покатится назад (если потерь энергии нет). Но если потери есть, он может потерять столько энергии, что, вернувшись к предпоследнему барьеру, не смочь перепрыгнуть через него. Тогда он будет захвачен.

[slonougam]

    Ведб очень сомнительно, что он приобрёл именно такую раскрутку непосредственно при формировании. Скорее же он крутился гораздо быстрее и не совсем в плоскости орбиты. Казалось бы дело яснее ясного - Меркурий постепенно замедлялся Солнцем и когда скорость вращения стала в 3/2 раза быстрее орбитального вращения, в этот резонанс и захватился.

Меркурий ранее крутился быстрее, а потом притормозился приливными силами. Понятно. А вот на чём основано суждение о том, что Меркурий крутился не в плоскости орбиты? Приливные силы,вроде, действуют в плоскости орбиты.

[BelEv]

     Ну никак не просматриваются причины, по которым земной шар мог быть раскручен от скорости около 1 градуса за сутки до 15 градусов в час. Реальнее (и полезнее) рассматривать вопросы о процессах замедления вращения.
     

  Ну,  а если принять предположение о катастрофическом столкновении двух обьектов,  ранней не вращающейся Земли и скажем предшественника Луны, что позволяет также найти решения  для нескольких проблем, которые возникают в той или иной степени. До сих пор продолжаются споры о появлении спутника Земли-  Луны , не найдены основные причины приводящие к изменениям  в глобальной климатологии- периодическое чередование ледниковых периодов и периодов потеплений, в орогенезе, и регрессиях уровня океанов, ну и так далее.

     1. Столкновение небесных тел привело бы скорее всего к их разрушению и образованию ещё одного пояса астероидов с другой стороны Марса.  Средняя толщина земной коры составляет около полупроцента радиуса планеты. Это меньше, чем у скорлупы куриного яйца.  Только у скорлупы в отличии от коры жёсткий каркас.
     2. Эта версия не решает проблемы появления у Земли спутника. В нашей планетной системе более полусотни крупных сферических спутников.  Почему Луна должна быть исключением?  Почему ей приписывается такое несусветное происхождение?  Если выбившее Луну тело сумело сблизиться с Землёй, почему это же не смогла сделать сама планета Луна.  Вариантов при сближении тел немного: пролёт мимо по гиперболической траектории или переход на эллиптическую орбиту с образованием устойчивой гравитационной связи (частные случаи - гипербола и окружность - редкость). И самые редкие случаи - сближение до пределов Роша или столкновение.
     3.  Даже, если принять эту странную гипотезу за истину, вопросы палеоклимата и пр. не решаются. Версия о выбитой из Земли Луне существует давно, а отчего были и куда пропали ледниковые периоды до сих пор неизвестно. 

     Я пришёл к убеждению, что ледниковые периоды это зимы многотысячелетних тропических лет от геологии.  Сведения о продолжительности тропических лет "записаны" в пластах слоистого осадочного покрова магматической земной коры подобно тому, как нынешние короткие зимы отражаются в годичных кольцах деревьев.  По стратиграфическому разрезу скважин, пробуренных в мезозойских отложениях у меня получилось, что 100 млн. лет тому назад длительность тропического периода составляла 40 тысяч лет.
     Тропический период определяется делением 360⁰  на разность орбитальной угловой скорости и скорости прецессии.  Поскольку орбитальная угловая скорость величина постоянная (360⁰ / год), продолжительность тропического года зависит только от скорости прецессионного вращения земной оси.  Тропическому периоду в 40 тыс. лет соответствует скорость прецессии в 360 градусов в год без 32,4 угловых секунды в год.

[Крупин]

    Ведб очень сомнительно, что он приобрёл именно такую раскрутку непосредственно при формировании. Скорее же он крутился гораздо быстрее и не совсем в плоскости орбиты. Казалось бы дело яснее ясного - Меркурий постепенно замедлялся Солнцем и когда скорость вращения стала в 3/2 раза быстрее орбитального вращения, в этот резонанс и захватился.

Меркурий ранее крутился быстрее, а потом притормозился приливными силами. Понятно. А вот на чём основано суждение о том, что Меркурий крутился не в плоскости орбиты? Приливные силы,вроде, действуют в плоскости орбиты.

    Приливные силы действуют не в плоскости, а в направлении (в данном случае направлении Солнце-Меркурий). Поэтому тормозят любое вращение - в плоскости оно орбиты или нет. Но составляющая, перпендикулярная орбитальной плоскости не подвержена резонансам, поэтому затормозилась до конца, а в плоскости орбиты захватилась.
    Почему у Меркурия должна была быть какая-то поперечная составляющая вращения? Потому, что она случайным образом есть у любой быстровращающейся планеты (у Урана она даже главная составляющая). А вероятность чисто случайного отсутствия такой компоненты близка к нулю.
    Но странным образом у самой большой планеты нашей системы - гиганта-Юпитера такая составляющая как раз практически отсутствует. И это обстоятельство никак не спишешь на приливное торможение. Случайно ли, что только одна планета имеет такую особенность? И притом крупнейшая планета. Или это отнюдь не чистая случайность? Об этом темы https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=16070.0 , http://corum.mephist.ru/index.php?showtopic=16185

[ice313]

по поводу луны.что то не понятно.это кто то проверял или так себе догодки.если не крутится то удалить её из солнечной системы чтобы не мешала крутится остальным.или пусть крутится как все остальные.дурной пример заразителен

Все верно! Про Луну нам чтото недоговаривают.