Почему Луна повернута к Земле все время одним боком?

[AlAn]

Срабатывает «принцип неваляшки»: как ни крути, но всегда неваляшка повернется к центру Земли своей «тяжелой» стороной (той, где от «поверхности» ближе всего до центра масс) и, в конечном счете, «застрянет» именно в этом положении.

Ваша "неваляшка" находится в свободном падении...

[Крупин]

Получается, что в периоды прохождения перигея Луна будет раскручиваться чуть сильнее, чем тормозиться в апогее (речь идет об угловой скорости вращения Луны вокруг своей оси). С учетом того, что такая раскрутка воздействует на Луну на протяжении уже миллиардов лет, она должна очень медленно, но поворачиваться к нам обратной стороной!

На характер вращения Луны определяющее влияние оказывает асимметрия ее недр. К Земле Луна повернута не просто одной своей стороной, а именно той, на которой и кора тоньше, и «мантия». В общем – до центра масс ближе. Срабатывает «принцип неваляшки»: как ни крути, но всегда неваляшка повернется к центру Земли своей «тяжелой» стороной (той, где от «поверхности» ближе всего до центра масс) и, в конечном счете, «застрянет» именно в этом положении.
Можно «списать» это на приливное воздействие, а можно увидеть в этом переход системы в наименьшее энергетическое состояние. И когда (если) система Земля – Луна достигнет взаимного синхронизма вращения, то наша планета окажется обращена к Луне южной частью Тихого океана. И никакие приливные силы помешать этому не смогут. Они всего лишь определяют «скорость» достижения системой своего конечного состояния. А все апогейно-перегелийные ускорения – торможения – лишь неуклюжие попытки гравитации вывести систему из ее устойчивого энергетического состояния.

      Верное суждение. Помяну только про особенность приливного воздействия - оно практически одинаково как для прямой, так и для обратной стороны (лунные приливы  повторяются не через сутки, в через 12 часов). Вследствие такой симметричности приливных сил имеются два равноправных положения равновесия. Т.е., если бы Луна повернулась другой стороной, то и такое положение было бы столь же устойчиво.

[Крупин]

      Да прав Путник. Приливные силы в апогее спадают быстрее, чем время пребывания там - компенсации нет. Но луна - не идеальный шар. Для простоты примем, что неоднородность сводится к меридиональному горному хребту от полюса до полюса. И вот этот самый хребет и уравновесит ситуацию.

      Если бы этот хребет располагался в точности против земли (в среднем), он бы не вносил никакого вклада ни в ту, ни в другую сторону. Но если какая-то сторона будет брать верх, набежит фазовый сдвиг и хребет отойдёт от средней позиции, встав на сторону слабой команды. А поскольку он многократно мощнее, чем слабенькая приливная волна в твёрдом материале, ему это особых трудов не составит.

[Путник]

dims

Вы законы Кеплера читали?

Пардон, а Вы?
...
Не надо "думать", надо "считать". Вы посчитали, что сила в перигее больше в 1,4 раза. Если время в апогее тоже больше в 1,4 раза, то имеет место баланс.

Раз Вы читали законы Кеплера, то должны знать, что, согласно второму закону, радиус-вектор описывает равные площади а равные промежутки времени. Это значит, что длина дуги, описываемой Луной за один и тот же промежуток времени, обратно пропорциональна примерно текущему расстоянию от Луны до Земли. С другой стороны длина этой дуги пропорциональна текущему радиусу, откуда получаем, что отношение времени прохождения той части орбиты, где Луна тормозится ко времени прохождения той части орбиты, где Луна раскручивается примерно пропорционально квадрату отношения апогея к перигею! А приливное трение обратно пропорционально третьей степени этого отношения.
Теперь перемножьте эти отнощения. Что получили?

Конечно, это очень грубый прикидочный расчет, но и точный расчет (здесь на форуме его привести нереально) даст практически тот же результат!

Крупин
У Меркурия имееся схожая проблема - период его вращения соизмерим с орбитальным периодом. И стабильность этого спин-орбитального резонанса также обусловлена асимметричностью меркурианской фигуры.

Arton
На характер вращения Луны определяющее влияние оказывает асимметрия ее недр.

Об этом я тоже думал, но тут появляется пара вопросов.
1. За каждый оборот вокруг Земли Луна приобретает небольшой момент импульса. По закону сохранения счезнуть он никак не может исчезнуть, т.е. он должен где-то аккумулироваться! Где?
2. Исходя из всех космогонических теорий, Луна ранее вращалась быстрее, тогда непонятно, как могла образоваться подобная ассиметрия ее недр?

[Крупин]

1. За каждый оборот вокруг Земли Луна приобретает небольшой момент импульса. По закону сохранения счезнуть он никак не может исчезнуть, т.е. он должен где-то аккумулироваться! Где?

     Вестимо где. Земля ведь замедляется и её момент импульса уменьшается. И полный импульс системы Земля-Луна остаётся постоянным (если не считать замедления от солнечных приливов).

2. Исходя из всех космогонических теорий, Луна ранее вращалась быстрее, тогда непонятно, как могла образоваться подобная ассиметрия ее недр?

    Это не проблема. асимметрия Луны могла возникнуть когда угодно - ещё во время быстрого вращения в результате разных обстоятельств (случайных падений крупных метеоритов, например). Приливное трение постепенно тормозило Луну и когда скорости вращения практически сравнялись, Луна захватилась в основной спин-орбитальный резонанс 1:1.

[SelenIT]

...длина дуги, описываемой Луной за один и тот же промежуток времени, обратно пропорциональна примерно текущему расстоянию от Луны до Земли. С другой стороны длина этой дуги пропорциональна текущему радиусу, откуда получаем, что отношение времени прохождения той части орбиты, где Луна тормозится ко времени прохождения той части орбиты, где Луна раскручивается примерно пропорционально квадрату отношения апогея к перигею! А приливное трение обратно пропорционально третьей степени этого отношения.

Да, вчера тоже пришел к аналогичным прикидкам. Долго удивлялся и искал подвох. Похоже, что его нет.

1. За каждый оборот вокруг Земли Луна приобретает небольшой момент импульса. По закону сохранения счезнуть он никак не может исчезнуть, т.е. он должен где-то аккумулироваться! Где?

А удаление Луны от Земли с этим не связано?

[Путник]

SelenIT
А удаление Луны от Земли с этим не связано?

Крупин
Вестимо где. Земля ведь замедляется и её момент импульса уменьшается. И полный импульс системы Земля-Луна остаётся постоянным (если не считать замедления от солнечных приливов).

То что момент импульса Земли уменьшается это само собой разумеется. Но я то спрашивал совсем о другом. Луна за каждый оборот вокруг Земли получает небольшой дополнительный момент импульса (см. выше), который должен где-то накапливаться. А накапливаться он может только за счет увеличения скорости вращения Луны вокруг своей оси, чего не наблюдается (а может его просто никто не измерял, потому что не обращал внимания на такие мелочи?). Значит этот момент импульса должен куда-то передаваться. А такого механизма передачи я не вижу, поэтому и спрашиваю, куда может деваться дополнительный момент импульса получаемый Луной?

Удаление Луны и замедление скорости вращения Земли сюда никак не пристегнуть.

SelenIT
Да, вчера тоже пришел к аналогичным прикидкам. Долго удивлялся и искал подвох. Похоже, что его нет.

Вот об этих "трех соснах" я и писал в самом начале.

[Крупин]

     К Путнику: поясните, пожалуйста, почему вы решили, что Луна за каждый оборот получает приращение момента импульса?

[Путник]

За счет более сильного воздействия приливного трения в перигее (раскрутка)по сравнению с апогеем (торможение) за каждый оборот Луны вокруг Земли

[Крупин]

За счет более сильного воздействия приливного трения в перигее (раскрутка)по сравнению с апогеем (торможение) за каждый оборот Луны вокруг Земли

    Так оно же компенсируется действием неоднородности фигуры Луны.

[Путник]

Как, дополнительно получаемый Луной момент импульса, может компенсироваться неоднородностью фигуры Луны? Хотя бы, в принципе?
Есть, в конце концов, закон сохранения момента импульса - он не может бесследно исчезнуть в "неоднородности Луны".

[dims]

Теперь перемножьте эти отнощения. Что получили?

Вы перемножьте.

Конечно, это очень грубый прикидочный расчет, но и точный расчет (здесь на форуме его привести нереально) даст практически тот же результат!

А вдруг нет?

[Путник]

dims
Вы перемножьте.

Проблема с делением квадрата числа на его куб?

А вдруг нет?

И в чем проблема? Проверяйте!
Проинтегрируйте воздействие приливного трения на Луну по всей ее орбите. Результат доложите!

[dims]

длина дуги, описываемой Луной за один и тот же промежуток времени, обратно пропорциональна примерно текущему расстоянию от Луны до Земли. С другой стороны длина этой дуги пропорциональна текущему радиусу

В чём разница между величиной "текущий радиус" и величиной "текущее расстояние от Луны до Земли"?

откуда получаем, что отношение времени прохождения той части орбиты, где Луна тормозится ко времени прохождения той части орбиты, где Луна раскручивается примерно пропорционально квадрату отношения апогея к перигею!

Как сделан этот вывод?

[dims]

При более точном рассмотрении у меня получилось, что время, когда Луна движется с более, чем средней, угловой скоростью, меньше времени, когда она движется с более, чем средней, угловой скоростью, всего в 1.03566 раз, то есть, ещё хуже, чем говорил Путник.

Таким образом, я прихожу к выводу, что его мысль верна.

Действительно, если бы тела были однородными шарами, то приливное трение не стремилось бы установить резонанс 1:1, а стремилось бы установить резонанс 1:1+х, то есть, приблизить угловую скорость осевого вращения спутнике не к его средней угловой скорости, а к угловой скорости, близкой к скорости пролёта перигея.

Следовательно, дело в том, что сказал Крупин. Действительно, если тело неоднородно, то, кроме приливного трения, появляется ещё и приливная сила, которая стремится развернуть тело вдоль градиента поля. Такая сила, действуя совместно с трением, и будет приводить к резонансу 1:1. То есть, сперва трение будет приближать тело к резонансу, а потом приливная сила будет этот резонанс устанавливать.

[Путник]

Насколько я понял на предыдущий вопрос уже не надо отвечать.

Остается теперь прояснить ситуацию с исчезновением приобретаемого Луной момента импульса.

[Ssid]

За счет более сильного воздействия приливного трения в перигее (раскрутка)по сравнению с апогеем (торможение) за каждый оборот Луны вокруг Земли

За счет чего?
Орбита Луны симметрична и постоянна. Движение от апогея к перигею равно движению от перигея к апогею.
Возьмите два холма и запустите шарик в впадину между ними - шарик, катаясь по склонам от одного холма к другому, остановится во впадине между холмами, а не выскочит на один из них.

Что бы ваша "раскрутка" была больше

по сравнению с апогеем (торможение)

Луна должна двигаться по спирали, а не по постоянной орбите

[Путник]

Ssid
Орбита Луны симметрична и постоянна. Движение от апогея к перигею равно движению от перигея к апогею.

Вы, по моему не совсем понимаете о чем идет речь. Речь не о движении от апогея к перигею и обратно, а о том, что в перигее Луна раскручивается ВОКРУГ СВОЕЙ ОСИ сильнее, чем в апогее тормозится.

dims
Таким образом, я прихожу к выводу, что его мысль верна.

На плюс не забыли нажать в соответствующем месте?

[Ssid]

что в перигее Луна раскручивается ВОКРУГ СВОЕЙ ОСИ сильнее, чем в апогее тормозится

за счет чего неравенство "раскручивания" и "торможения" ?
одинаковые массы взаимодействия, одинаковые расстояния, траектории орбиты
одинаковые силы - в одном случае со знаком "+", в другом - "-"

[peltonen]

Путник, Вы говорите о несовершенстве нашего с Луной орбитального резонанса и совершенно правы, что Луна должна ускорять спин вокруг своей оси, что и происходит, и благодаря чему её орбита увеличивается ~ на 4 см / год, а земные сутки за год увеличивается на 15 микросекунд