الفلك

كيف سيؤثر القمر الصناعي المرتجع الذي يعاني من تباطؤ المد والجزر على دوران المرحلة الأولية؟

كيف سيؤثر القمر الصناعي المرتجع الذي يعاني من تباطؤ المد والجزر على دوران المرحلة الأولية؟

هناك سيناريوهان شائعان مثل هذا ، حيث يدور جسم يدور حوله الأساسي أبطأ من الدورات الأولية ، مما يؤدي إلى تحرك الجسم المداري بعيدًا وتعاني الأساسي من تباطؤ في الدوران. بينما على العكس من ذلك ، فإن الجسم المداري الذي يدور بشكل أسرع من الحلزونات الدورانية الأولية بينما يدور الدوران الأساسي بشكل أسرع.

أعرف أن أ متراجع سيشهد القمر الصناعي تباطؤًا في المد والجزر وتدورًا لولبيًا نحو جسمه الأساسي ، ولكن كيف سيؤثر على دوران الأساسي؟


بالنسبة للقمر الصناعي الرجعي ، فأنت محق في أن القمر الصناعي سوف يهاجر إلى الداخل باتجاه الكوكب. على عكس المدار التقدمي ، فإن دوران الأساسي سيتباطأ.

فكر في الأمر من منظور الزخم الزاوي. دع الابتدائي له زخم زاوي موجب والساتل زخم سلبي (لأنهما يدوران / يدوران في اتجاهين متعاكسين). نظرًا لأنه يتم سحب القمر الصناعي إلى الداخل ، يتم تقليل زخمه الزاوي من حيث الحجم (يصبح أقل سلبية). في هذه الحالة ، يجب أن يصبح الزخم الزاوي المغزلي الأساسي أقل إيجابية للحفاظ على الزخم الزاوي الكلي. هذا يعني أن دوران الأساسي سيتباطأ.

مثال بالأرقام (بدون وحدة): أساسي (أولي) = 10 // قمر صناعي (أولي) = -5 /// أساسي (نهائي) = 7 // قمر صناعي (نهائي) = -2 /// وبالتالي نقل 3 زاوي حدثت وحدات الزخم.

في نهاية المطاف ، سوف يبطئ القمر الصناعي الابتدائي حتى يتوقف الدوران الأولي (بافتراض عدم فقد القمر الصناعي عند هذه النقطة). بعد ذلك ، سوف يتسبب في أن يبدأ الابتدائي بالدوران في نفس الاتجاه الذي يدور فيه القمر الصناعي.

أتمنى أن يساعدك هذا!

تعديل:

في هذه الورقة ، راجع المعادلة (7) ، عزم الدوران الأساسي بسبب القمر الصناعي. إذا كنا نهتم فقط بالعلامة ، فيمكننا ملاحظة ذلك $ N_m textit {~} ، (n_m - Omega_p) $ أين $ n_m $ هو التردد المداري للقمر الصناعي و $ Omega_p $ هو التردد الدوراني للابتدائي. لنأخذ مثالنا السابق على $ Omega_p $ ايجابي و $ n_m $ نفي. هذا من شأنه أن يجعل عزم الدوران $ N_m $ سالب ، مهما كانت مقادير الترددات. وبالتالي فإن الإيجابي $ Omega_p $ سيتم تقليله ، مما يدل على تباطؤ دوران الابتدائي.

$$ N_m = 3 كيلو_2 tau (n_m - Omega_p) frac {GM_m ^ 2 R_p ^ 2} {a_m ^ 6} tag {7} $$

حيث الاشتراكات $ م $ و $ p $ تشير إلى القمر والكوكب على التوالي ، k2 دولار هو رقم الحب للكوكب الذي يعتمد على صلابته و $ tau $ هو المد والجزر تأخر الكوكب.


تسارع المد والجزر

تسارع المد والجزر هو تأثير قوى المد والجزر بين قمر طبيعي يدور حوله (مثل القمر) ، والكوكب الأساسي الذي يدور حوله (مثل الأرض). يتسبب التسارع في حدوث ركود تدريجي للقمر الصناعي في مدار تقدمي بعيدًا عن المدار الأساسي ، وتباطؤًا مناظرًا في دوران المرحلة الابتدائية. تؤدي هذه العملية في النهاية إلى الانغلاق الجزري ، وعادةً ما يكون الجسم الأصغر أولاً ، ثم الجسم الأكبر لاحقًا. نظام الأرض والقمر هو أفضل حالة تمت دراستها.

عملية مماثلة تباطؤ المد والجزر يحدث للأقمار الصناعية التي لها فترة مدارية أقصر من فترة دوران المرحلة الابتدائية ، أو التي تدور في اتجاه رجعي.

التسمية محيرة إلى حد ما ، لأن متوسط ​​سرعة القمر الصناعي بالنسبة إلى الجسم الذي يدور حوله كذلك انخفض نتيجة لتسارع المد والجزر ، و زيادة نتيجة تباطؤ المد والجزر. يحدث هذا اللغز لأن التسارع الموجب في لحظة واحدة يجعل القمر الصناعي يدور بعيدًا نحو الخارج خلال نصف المدار التالي ، مما يقلل من متوسط ​​سرعته. يتسبب التسارع الإيجابي المستمر في أن يدور القمر الصناعي إلى الخارج بسرعة متناقصة ومعدل زاوية ، مما يؤدي إلى تسارع سلبي للزاوية. التسارع السلبي المستمر له تأثير معاكس.


تغيرات المد والجزر العلمانية في المدار القمري ودوران الأرض

تسبب قوى المد والجزر الصغيرة في نظام الأرض والقمر تغيرات يمكن اكتشافها في المدار. يتسبب تبديد طاقة المد والجزر في معدلات علمانية في متوسط ​​الحركة القمرية ن، نصف المحور الرئيسي أ، وغرابة الأطوار ه. يتسبب التبديد الأرضي في معظم تغيرات المد والجزر في ن و أ، لكن التبديد القمري يقلل من معدل الانحراف. يؤدي تبديد المد والجزر الأرضي أيضًا إلى إبطاء دوران الأرض وزيادة الميل. يستخدم نموذج تسريع المد والجزر لتكامل المدار القمري. يوفر تحليل بيانات المدى بالليزر القمري (LLR) معلمتين أو ثلاثة متغيرات أرضية واثنين من معاملات تبديد القمر. تأتي المعلمات الإضافية من المعرفة الجيوفيزيائية بالمد والجزر الأرضية. عندما يتم تحويل هذه المعلمات إلى معدلات علمانية لعناصر المدار ، يحصل المرء على دنر = (- 25.97 pm 0.05 '' / ) سنت (^ <2> ) ، دأر = 38.30 ± 0.08 مم / سنة ، دأنار = −0.5 ± 0.1 (upmu ) ك / سنة. حل لاثنين من التأخير الزمني الأرضي والإضافي دهر من أسباب غير محددة يعطي ( sim ) (3 مرات 10 ^ <-12> ) / سنة للحل الأخير لثلاثة تأخير في زمن المد والجزر LLR دون الحاجة الإضافية dهر يعطي تأخر طور أكبر من المد والجزر N2 بحيث إجمالي dهر = ((1.50 pm 0.10) مرات 10 ^ <-11> ) / سنة. لمجموع دنر، هناك ( le ) فرق 1٪ بين النماذج الجيوفيزيائية لمتوسط ​​تبدد المد والجزر في المحيطات والأرض الصلبة ونتائج LLR ، ويأتي معظم هذا الاختلاف من المد والجزر النهاري. يتنبأ النموذج الجيوفيزيائي بأن تباطؤ المد والجزر لدوران الأرض هو (- 1316 '' ) / cent (^ <2> ) أو 87.5 s / cent (^ <2> ) لـ UT1-AT ، وهو 2.395 مللي ثانية / سنت زيادة في طول اليوم ، ومعدل ميل 9 ( upmu ) ك / سنة. بالنسبة للتطور خلال الأوقات الماضية من الركود البطيء ، يمكن أن يكون معدل الانحراف سالبًا.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


س في النظام الشمسي

تمت مراجعة التغييرات العلمانية الناتجة عن الاحتكاك المد والجزر في النظام الشمسي. يتم استخدام وجود أو عدم وجود تغييرات محددة لربط قيم س (وظيفة التبديد المحددة) المناسبة للكواكب والأقمار الصناعية. تبين أن قيم س بشكل حاد إلى مجموعتين. تم العثور على القيم في النطاق من 10 إلى 500 للكواكب الأرضية والأقمار الصناعية للكواكب الرئيسية. من ناحية أخرى، س بالنسبة للكواكب الرئيسية دائمًا أكبر من 6 × 10 4. تقديرات تبديد المد والجزر في الغلاف الجوي لكواكب جوفيان تؤدي إلى قيم س والتي تتفق مع تلك التي حسبناها على أساس التغيرات العلمانية في الأقمار الصناعية & # x27 في المدارات. ومع ذلك ، من الصعب التوفيق بين هذه كبيرة س& # x27s مع القيم الأصغر التي تم الحصول عليها في الاختبارات المعملية للمواد الصلبة. تم فحص فرضية Lyttleton & # x27s القائلة بأن بلوتو هو قمر صناعي هارب لنبتون بشكل نقدي. باستخدام س& # x27s التي نحصل عليها من أجل الكواكب الرئيسية وأقمارها الصناعية ، نظهر أن أي انحراف مركزي قد يكون في مدار Triton & # x27s بعد لقاء قريب مع بلوتو قد تم إخماده لاحقًا ، وبالتالي حساب مداره شبه الدائري الحالي.

الآن في مركز الفيزياء الإشعاعية وأبحاث الفضاء ، جامعة كورنيل ، إيثاكا ، نيويورك.


الأرض والكواكب

تدور جميع الكواكب الثمانية في نظامنا الشمسي حول الشمس في الاتجاه الذي تدور فيه الشمس ، وهو عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليها من فوق القطب الشمالي للشمس. ستة من الكواكب تدور أيضًا حول محورها في نفس الاتجاه. الاستثناءات - الكواكب ذات الدوران الرجعي - هي كوكب الزهرة وأورانوس. يبلغ الميل المحوري لكوكب الزهرة 177 درجة ، مما يعني أنه يدور تقريبًا في الاتجاه المعاكس لمدارها. يبلغ ميل محور أورانوس 97.77 درجة ، لذا فإن محور دورانه موازٍ تقريبًا لمستوى النظام الشمسي.

داخل الغلاف الجوي

تشير الحركة التراجعية ، أو التراجع ، داخل الغلاف الجوي للأرض إلى أنظمة الطقس التي تنتقل من الشرق إلى الغرب عبر الغرب أو من الغرب إلى الشرق من خلال الرياح التجارية الشرقية.


محتويات

تاريخ اكتشاف التسارع العلماني

كان إدموند هالي أول من اقترح ، في عام 1695 ، [1] أن الحركة المتوسطة للقمر كانت على ما يبدو تزداد أسرع ، بالمقارنة مع ملاحظات الكسوف القديمة ، لكنه لم يقدم أي بيانات. (لم يكن معروفًا بعد في زمن هالي أن ما يحدث بالفعل يتضمن تباطؤًا في معدل دوران الأرض: انظر أيضًا زمن التقويم الفلكي - التاريخ. عند القياس كدالة لمتوسط ​​الوقت الشمسي بدلاً من الوقت المنتظم ، يظهر التأثير على شكل تسارع إيجابي.) في عام 1749 أكد ريتشارد دونثورن شكوك هالي بعد إعادة فحص السجلات القديمة ، وأنتج أول تقدير كمي لحجم هذا التأثير الظاهري: [2] معدل مئوي +10 ″ (ثانية قوسية) في خط طول القمر ، وهي نتيجة دقيقة بشكل مدهش بالنسبة لوقتها ، ولا تختلف كثيرًا عن القيم التي تم تقييمها لاحقًا ، على سبيل المثال في عام 1786 بواسطة de Lalande ، [3] وللمقارنة مع القيم من حوالي 10 إلى ما يقرب من 13 تم اشتقاقها بعد حوالي قرن. [4] [5]

أنتج بيير سيمون لابلاس في عام 1786 تحليلًا نظريًا يعطي أساسًا يجب أن تتسارع فيه حركة القمر المتوسطة استجابة للتغيرات المضطربة في الانحراف اللامركزي لمدار الأرض حول الشمس. كانت حسابات لابلاس الأولية مسؤولة عن التأثير بالكامل ، وبالتالي يبدو أنها تربط النظرية بدقة مع كل من الملاحظات الحديثة والقديمة. [ بحاجة لمصدر ]

ومع ذلك ، في عام 1854 ، تسبب JC Adams في إعادة فتح السؤال من خلال العثور على خطأ في حسابات لابلاس: اتضح أن حوالي نصف التسارع الظاهري للقمر يمكن حسابه على أساس لابلاس من خلال التغيير في الانحراف المداري للأرض. [6] أثار اكتشاف آدامز جدلاً فلكيًا حادًا استمر لعدة سنوات ، ولكن تم قبول صحة نتائجه ، التي اتفق عليها علماء الفلك الرياضيون الآخرون بما في ذلك سي إي ديلاوناي ، في النهاية. [7] اعتمد السؤال على التحليل الصحيح للحركات القمرية ، وتلقى مزيدًا من التعقيد مع اكتشاف آخر ، في نفس الوقت تقريبًا ، وهو اضطراب كبير آخر طويل المدى تم حسابه للقمر (يُفترض أنه بسبب حركة كوكب الزهرة ) كان أيضًا مخطئًا ، وقد وجد عند إعادة الفحص أنه يكاد يكون مهملاً ، وكان عليه عمليًا أن يختفي من النظرية. تم اقتراح جزء من الإجابة بشكل مستقل في ستينيات القرن التاسع عشر بواسطة Delaunay و William Ferrel: كان تأخير المد والجزر لمعدل دوران الأرض يطيل وحدة الوقت ويسبب تسارعًا للقمر كان واضحًا فقط. [ بحاجة لمصدر ]

لقد استغرق المجتمع الفلكي بعض الوقت لقبول الواقع وحجم آثار المد والجزر. ولكن أصبح من الواضح في النهاية أن هناك ثلاثة تأثيرات متضمنة ، عند قياسها من حيث متوسط ​​الوقت الشمسي. بجانب تأثيرات التغيرات المضطربة في الانحراف المداري للأرض ، كما وجده لابلاس وصححه آدمز ، هناك تأثيران للمد والجزر (مزيج اقترحه أولاً إيمانويل ليايس). أولاً ، هناك تأخير حقيقي في المعدل الزاوي للحركة المدارية للقمر ، بسبب تبادل المد والجزر للزخم الزاوي بين الأرض والقمر. هذا يزيد من الزخم الزاوي للقمر حول الأرض (وينقل القمر إلى مدار أعلى مع سرعة مدارية أقل). ثانيًا ، هناك زيادة واضحة في المعدل الزاوي للحركة المدارية للقمر (عند القياس من حيث متوسط ​​الوقت الشمسي). ينشأ هذا من فقدان الأرض للزخم الزاوي وما يترتب على ذلك من زيادة في طول اليوم. [8]

آثار جاذبية القمر

نظرًا لأن كتلة القمر تمثل جزءًا كبيرًا من كتلة الأرض (حوالي 1:81) ، يمكن اعتبار الجسمين بمثابة نظام كوكب مزدوج ، بدلاً من اعتباره كوكبًا به قمر صناعي. يقع مستوى مدار القمر حول الأرض بالقرب من مستوى مدار الأرض حول الشمس (مسير الشمس) ، وليس في المستوى العمودي على محور دوران الأرض (خط الاستواء) كما هو الحال عادةً مع الأقمار الصناعية الكوكبية. كتلة القمر كبيرة بما يكفي ، وهي قريبة بما يكفي لرفع المد والجزر في مادة الأرض. على وجه الخصوص ، تنتفخ مياه المحيطات باتجاه القمر وبعيدًا عنه. يتزامن متوسط ​​انتفاخ المد والجزر مع مدار القمر ، وتدور الأرض تحت هذا الانتفاخ المد والجزر في يوم واحد فقط. ومع ذلك ، فإن الدوران يسحب موضع انتفاخ المد والجزر قبل الموضع مباشرة تحت القمر. نتيجة لذلك ، توجد كمية كبيرة من الكتلة في الانتفاخ والتي يتم تعويضها من الخط عبر مراكز الأرض والقمر. بسبب هذا الإزاحة ، يكون جزء من قوة الجاذبية بين انتفاخات المد والجزر على الأرض والقمر عموديًا على خط الأرض والقمر ، أي يوجد عزم دوران بين الأرض والقمر. هذا يعزز القمر في مداره ، ويبطئ دوران الأرض.

نتيجة لهذه العملية ، فإن متوسط ​​اليوم الشمسي ، الذي يبلغ طوله اسميًا 86400 ثانية ، يزداد في الواقع وقتًا أطول عند قياسه بالثواني SI باستخدام ساعات ذرية مستقرة. (عند اعتماد نظام SI الثاني ، كان بالفعل أقصر قليلاً من القيمة الحالية للثاني من متوسط ​​الوقت الشمسي. [9]) يتراكم الفارق الصغير بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى زيادة الاختلاف بين وقت الساعة (التوقيت العالمي) من ناحية ، والزمن الذري والوقت التقويمي من ناحية أخرى: انظر ΔT. هذا يجعل من الضروري إدخال ثانية كبيسة على فترات متقطعة وغير منتظمة. [ بحاجة لمصدر ]

بالإضافة إلى تأثير المد والجزر في المحيط ، هناك أيضًا تسارع في المد والجزر بسبب انثناء قشرة الأرض ، ولكن هذا يمثل حوالي 4 ٪ فقط من التأثير الكلي عند التعبير عنه من حيث تبديد الحرارة. [10]

إذا تم تجاهل التأثيرات الأخرى ، فإن تسارع المد والجزر سيستمر حتى تتطابق فترة دوران الأرض مع الفترة المدارية للقمر. في ذلك الوقت ، كان القمر دائمًا في مكان واحد ثابت على الأرض. مثل هذا الوضع موجود بالفعل في نظام بلوتو-شارون. ومع ذلك ، فإن تباطؤ دوران الأرض لا يحدث بالسرعة الكافية لإطالة الدوران إلى شهر قبل أن تجعل التأثيرات الأخرى هذا غير ذي صلة: حوالي 2.1 مليار سنة من الآن ، من المحتمل أن تؤدي الزيادة المستمرة في إشعاع الشمس إلى تبخر محيطات الأرض ، [ 11] إزالة الجزء الأكبر من الاحتكاك المد والجزر والتسارع. حتى بدون هذا ، فإن التباطؤ إلى يوم كامل لمدة شهر ما كان ليكتمل بعد 4.5 مليار سنة من الآن ، حيث من المحتمل أن تتطور الشمس إلى عملاق أحمر ومن المحتمل أن تدمر الأرض والقمر. [12] [13]

تسارع المد والجزر هو أحد الأمثلة القليلة في ديناميكيات النظام الشمسي لما يسمى اضطراب علماني من مدار ، أي اضطراب يزداد باستمرار مع مرور الوقت وليس دوريًا. حتى الترتيب التقريبي العالي ، فإن اضطرابات الجاذبية المتبادلة بين الكواكب الرئيسية أو الصغيرة تسبب فقط تغيرات دورية في مداراتها ، أي أن المعلمات تتأرجح بين القيم القصوى والدنيا. يؤدي تأثير المد والجزر إلى ظهور مصطلح تربيعي في المعادلات ، مما يؤدي إلى نمو غير محدود. في النظريات الرياضية لمدارات الكواكب التي تشكل أساس التقويم الفلكي ، تحدث المصطلحات التربيعية والعلمانية ذات الرتبة الأعلى ، ولكن هذه في الغالب توسعات تايلور لمصطلحات دورية طويلة جدًا. سبب اختلاف تأثيرات المد والجزر هو أنه على عكس اضطرابات الجاذبية البعيدة ، فإن الاحتكاك هو جزء أساسي من تسارع المد والجزر ، ويؤدي إلى فقدان دائم للطاقة من النظام الديناميكي في شكل حرارة. بعبارة أخرى ، ليس لدينا نظام هاميلتوني هنا. [ بحاجة لمصدر ]

الزخم الزاوي والطاقة

يتسبب عزم الجاذبية بين القمر وانتفاخ المد والجزر في الأرض في ترقية القمر باستمرار إلى مدار أعلى قليلاً وتباطؤ دوران الأرض. كما هو الحال في أي عملية فيزيائية داخل نظام معزول ، يتم الحفاظ على الطاقة الكلية والزخم الزاوي. بشكل فعال ، يتم نقل الطاقة والزخم الزاوي من دوران الأرض إلى الحركة المدارية للقمر (ومع ذلك ، يتم تحويل معظم الطاقة المفقودة بواسطة الأرض (-3.321 تيراواط) إلى حرارة بفقد الاحتكاك في المحيطات وتفاعلها مع أرض صلبة ، وحوالي 1/30 فقط (+0.121 تيراواط) تنتقل إلى القمر). يتحرك القمر بعيدًا عن الأرض (+ 38.247 ± 0.004 & # 160 مم / ص) ، وبالتالي تزداد طاقته الكامنة (في بئر الجاذبية الأرضية). يبقى في المدار ، ومن قانون كبلر الثالث ، يترتب على ذلك أن سرعته الزاوية تتناقص فعليًا ، لذا فإن تأثير المد والجزر على القمر يسبب في الواقع تباطؤًا زاويًا ، أي تسارع سلبي (-25.858 ± 0.003 "/ القرن 2) لدورانه حوله. الأرض: تتناقص السرعة الفعلية للقمر أيضًا ، فعلى الرغم من تناقص طاقته الحركية ، تزداد طاقته الكامنة بمقدار أكبر.

يتناقص الزخم الزاوي الدوراني للأرض وبالتالي يزداد طول اليوم. ال صافي يتم سحب المد الذي يرفعه القمر على الأرض قبل القمر بواسطة دوران الأرض الأسرع بكثير. احتكاك المد والجزر مطلوب لسحب الانتفاخ أمام القمر والحفاظ عليه ، كما أنه يبدد الطاقة الزائدة الناتجة عن تبادل الطاقة الدورانية والمدارية بين الأرض والقمر كحرارة. إذا لم يكن الاحتكاك وتبديد الحرارة موجودين ، فإن قوة جاذبية القمر على انتفاخ المد والجزر ستعيد المد بسرعة (في غضون يومين) إلى التزامن مع القمر ، ولن ينحسر القمر مرة أخرى. يحدث معظم التبدد في طبقة حدودية مضطربة في البحار الضحلة مثل الجرف الأوروبي حول الجزر البريطانية وجرف باتاغونيا قبالة الأرجنتين وبحر بيرينغ. [14]

متوسط ​​تبديد الطاقة بواسطة احتكاك المد والجزر حوالي 3.75 تيراواط ، منها 2.5 تيراواط من M الرئيسي.2 المكون القمري والباقي من المكونات الأخرى ، القمرية والشمسية. [15]

ان انتفاخ المد والجزر غير موجود بالفعل على الأرض لأن القارات لا تسمح بحدوث هذا الحل الرياضي. المد والجزر المحيطية تدور في الواقع حول أحواض المحيط على أنها شاسعة دوامات حول عدة النقاط البرمائية حيث لا يوجد مد. يسحب القمر كل تموج فردي أثناء دوران الأرض - بعض التموجات تسبق القمر ، والبعض الآخر خلفه ، بينما لا يزال البعض الآخر على كلا الجانبين. إن "الانتفاخات" الموجودة فعلاً لكي يسحبها القمر (والتي تسحب القمر) هي النتيجة الصافية لدمج التموجات الفعلية فوق جميع محيطات العالم. الأرض صافي (أو ما يعادل) يبلغ اتساع المد والجزر 3.23 & # 160 سم فقط ، والتي تغمرها المد والجزر المحيطية التي يمكن أن تتجاوز مترًا واحدًا.

دليل تاريخي

تعمل هذه الآلية منذ 4.5 مليار سنة ، منذ تشكل المحيطات لأول مرة على الأرض. هناك أدلة جيولوجية وأثرية على أن الأرض تدور بشكل أسرع وأن القمر كان أقرب إلى الأرض في الماضي البعيد. إيقاعات المد والجزر هي طبقات متناوبة من الرمل والطمي يتم وضعها في الخارج من مصبات الأنهار التي لها تدفقات كبيرة للمد والجزر. يمكن العثور على الدورات اليومية والشهرية والموسمية في الودائع. يتوافق هذا السجل الجيولوجي مع هذه الظروف منذ 620 مليون سنة: كان اليوم 21.9 ± 0.4 ساعة ، وكان هناك 13.1 ± 0.1 شهرًا متزامنًا / سنة و 400 ± 7 يوم شمسي / سنة. كان متوسط ​​معدل الركود للقمر بين ذلك الحين والآن 2.17 ± 0.31 & # 160 سم / سنة ، وهو ما يقرب من نصف المعدل الحالي. [16]

الوصف الكمي لحالة الأرض والقمر

يمكن متابعة حركة القمر بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات بواسطة نطاق الليزر القمري (LLR). ترتد نبضات الليزر عن المرايا الموجودة على سطح القمر ، وتوضع خلال بعثات أبولو من 1969 إلى 1972 وبواسطة لونوخود 2 في عام 1973. [17] [18] قياس وقت عودة النبضة ينتج عنه قياس دقيق جدًا للمسافة . هذه القياسات تتناسب مع معادلات الحركة. ينتج عن هذا قيم عددية للتباطؤ الدنيوي للقمر ، أي التسارع السلبي ، في خط الطول ومعدل التغيير في المحور شبه الرئيسي للقطع الناقص بين الأرض والقمر. من الفترة 1970-2012 كانت النتائج كالتالي:

−25.82 ± 0.03 ثانية قوسية / القرن 2 في خط طول مسير الشمس [19] + 38.08 ± 0.04 مم / سنة في متوسط ​​المسافة بين الأرض والقمر [19]

يتوافق هذا مع نتائج نطاق الليزر عبر الأقمار الصناعية (SLR) ، وهي تقنية مماثلة مطبقة على الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض ، والتي تنتج نموذجًا لمجال الجاذبية للأرض ، بما في ذلك مجال المد والجزر. يتنبأ النموذج بدقة بالتغيرات في حركة القمر.

أخيرًا ، تعطي الملاحظات القديمة للكسوف الشمسي مواقع دقيقة إلى حد ما للقمر في تلك اللحظات. تعطي دراسات هذه الملاحظات نتائج متسقة مع القيمة المذكورة أعلاه. [20]

النتيجة الأخرى لتسارع المد والجزر هي تباطؤ دوران الأرض. إن دوران الأرض غير منتظم إلى حد ما في جميع النطاقات الزمنية (من ساعات إلى قرون) لأسباب مختلفة. [21] لا يمكن ملاحظة تأثير المد والجزر الصغير في فترة قصيرة ، ولكن التأثير التراكمي على دوران الأرض كما تم قياسه بساعة ثابتة (زمن التقويم الفلكي ، الوقت الذري) لنقص حتى بضعة أجزاء من الثانية كل يوم يصبح ملحوظًا بسهولة في قرون قليلة. منذ حدث ما في الماضي البعيد ، مرت أيام وساعات (كما تم قياسها بالدورات الكاملة للأرض) (التوقيت العالمي) أكثر مما يمكن قياسه بواسطة الساعات المستقرة التي تمت معايرتها إلى الوقت الحاضر ، وطول اليوم الأطول (الوقت التقويمي). يُعرف هذا باسم ΔT. يمكن الحصول على القيم الحديثة من خدمة النظم المرجعية ودوران الأرض (IERS). [22] جدول الطول الفعلي لليوم في القرون القليلة الماضية متاح أيضا. [23]

من التغيير الملحوظ في مدار القمر ، يمكن حساب التغيير المقابل في طول اليوم:

ومع ذلك ، من السجلات التاريخية على مدار 2700 سنة الماضية ، تم العثور على القيمة المتوسطة التالية:

القيمة التراكمية المقابلة هي القطع المكافئ الذي له معامل T 2 (الوقت بالقرون المربعة) من:

معارضة تباطؤ المد والجزر للأرض هي آلية تعمل في الواقع على تسريع الدوران. الأرض ليست كرة ، بل هي شكل بيضاوي مفلطح عند القطبين. وقد أظهر SLR أن هذا التسطيح آخذ في التناقص. التفسير هو أنه خلال العصر الجليدي ، تجمعت كتل كبيرة من الجليد عند القطبين ، وأدت إلى انخفاض الصخور الأساسية. بدأت الكتلة الجليدية بالاختفاء منذ أكثر من 10000 عام ، لكن قشرة الأرض لا تزال غير في حالة توازن هيدروستاتيكي ولا تزال في حالة ارتداد (يقدر وقت الاسترخاء بحوالي 4000 عام). نتيجة لذلك ، يزداد القطر القطبي للأرض ، ولأن الكتلة والكثافة تظلان كما هي ، يظل الحجم كما هو وبالتالي يتناقص قطر خط الاستواء. نتيجة لذلك ، تتحرك الكتلة أقرب إلى محور دوران الأرض. هذا يعني أن لحظة القصور الذاتي تتناقص. نظرًا لأن الزخم الزاوي الكلي يظل كما هو خلال هذه العملية ، يزداد معدل الدوران. هذه هي الظاهرة المعروفة لمتزلجة على الجليد تدور بشكل أسرع وهي تتراجع عن ذراعيها. من التغيير الملحوظ في لحظة القصور الذاتي يمكن حساب تسارع الدوران: يجب أن يكون متوسط ​​القيمة على مدار الفترة التاريخية حوالي −0.6 مللي ثانية / قرن. هذا يفسر إلى حد كبير الملاحظات التاريخية.


تسارع المد والجزر

تسارع المد والجزر هو تأثير المد والجزر وقوات # 8197 بين ساتل طبيعي مداري & # 8197 (مثل القمر) ، والكوكب الأساسي الذي يدور حوله (مثل الأرض). يتسبب التسارع في حدوث ركود تدريجي للقمر الصناعي في تقدم & # 8197orbit بعيدًا عن المرحلة الأولية ، وتباطؤًا مناظرًا في دوران المرحلة الابتدائية. تؤدي هذه العملية في النهاية إلى قفل المد والجزر # 8197 ، وعادةً ما يكون الجسم الأصغر أولاً ، ثم الجسم الأكبر لاحقًا. نظام الأرض والقمر هو أفضل حالة تمت دراستها.

عملية مماثلة تباطؤ المد والجزر يحدث للأقمار الصناعية التي لها فترة مدارية أقصر من فترة دوران المرحلة الابتدائية ، أو التي تدور في اتجاه رجعي.

التسمية محيرة إلى حد ما ، لأن متوسط ​​سرعة القمر الصناعي بالنسبة إلى الجسم الذي يدور حوله كذلك انخفض نتيجة لتسارع المد والجزر ، و زيادة نتيجة تباطؤ المد والجزر. يحدث هذا اللغز لأن التسارع الموجب في لحظة واحدة يجعل القمر الصناعي يدور بعيدًا نحو الخارج خلال نصف المدار التالي ، مما يقلل من متوسط ​​سرعته. يتسبب التسارع الإيجابي المستمر في أن يدور القمر الصناعي إلى الخارج بسرعة متناقصة ومعدل زاوية ، مما يؤدي إلى تسارع سلبي للزاوية. التسارع السلبي المستمر له تأثير معاكس.


سحب الغاز في المغلفات الأولية حول الكوكب: آلية لالتقاط الأقمار الصناعية

ربما تم التقاط بعض الأقمار الصناعية الطبيعية بسبب سحب الغاز الذي عانته في المرور عبر السدم البدائية حول الكواكب. هذه الورقة تمثل مثل هذا اللقاء وتستمد المعلمات القابلة للاختبار من الخصائص المعروفة لأجسام النظام الشمسي الحالية و Bodenheimer & # x27s (1977 ، إيكاروس 31) نموذجًا للمراحل الأولى لتطور كوكب المشتري. نقترح أن مجموعات من الأقمار الصناعية غير المنتظمة التقدمية والرجعية للمشتري نشأت عندما تباطأ جسمان أصليان ومجزآن أثناء مرورهما عبر سديم جوفيان البدائي الممتد. حدث التجزئة لأن الضغط الديناميكي للغاز تجاوز الأجسام الأم & # x27 نقاط القوة. يجب أن تكون هذه الأحداث قد حدثت فقط قبل وقت قصير من تعرض السديم البدائي للانهيار الهيدروديناميكي ، لذلك خضعت الشظايا لاحقًا لتطور مداري محدود فقط. نظرًا لأن الجاذبية الذاتية تجاوزت قوة السحب النسبية ، فقد بقيت الشظايا معًا في البداية ، فقط لتشتت في وقت لاحق عن طريق الاصطدام بجسم طائش. تم العثور على تنبؤات هذه الفرضية ، مثل المسافة المدارية للأقمار الصناعية غير المنتظمة وحجم الأجسام الأم ، لتكون متوافقة مع الخصائص المرصودة للأقمار الصناعية غير المنتظمة للمشتري. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون السحب السديم في وقت لاحق قد تسبب في خضوع الأقمار الصناعية الثلاثة الداخلية في غاليليو لقدر متواضع من التطور المداري ، وهو ما يمثل رنينها المداري الحالي. قد يكون من الممكن أيضًا التقاط سحب الغاز لـ Saturn & # x27s Phoebe و Iapetus و Neptune & # x27s Nereid و Triton. يمكن للاختلافات المعقولة في الخصائص أن تفسر سبب عدم انكسار هذه الأقمار الصناعية ، على عكس تلك الخاصة بجوفيان ، عند الاستيلاء عليها. تمثل الأقمار الصناعية الحالية غير المنتظمة جزءًا صغيرًا فقط من الأجسام التي تم التقاطها بواسطة السدم البدائية. كان من الممكن أن يتصاعد الجزء المهيمن إلى مركز السديم نتيجة استمرار سحب الغاز ، وبالتالي يوفر مصدرًا واحدًا لنواة العناصر الثقيلة في الكواكب الخارجية. إذا كان المرء على استعداد لافتراض وجود سديم غازي ضخم حول كوكب المريخ البدائي ، فإن عملية سحب الغاز يمكن أن تفسر أصل أقمار المريخ. نفترض أن جسمًا واحدًا قد تم التقاطه في منطقة من السديم حيث اقتربت سرعة الغاز من قيمة كبلر ، وأنه يتفتت عند التباطؤ إلى جسمين على الأقل ، فوبوس وديموس ، وأن استمرار السحب السديم أدى إلى انحراف منخفض و الميل الذي يميز الأقمار الصناعية & # x27 المدارات الحالية. بعد تبدد هذا السديم ، تطور فوبوس الأكثر ضخامة تدريجيًا إلى موقعه الحالي.


على النار في العاشرة

ديفيد أ راندال ،. ديفيد أوك. Starr، in Advances in Geophysics، 1996

5.5.6 الاستشعار عن بعد

تم تفصيل التطورات القوية لـ FIRE 91 في الاستشعار عن بعد بواسطة الأقمار الصناعية في القسم 8 وما قبله في هذا القسم. على الرغم من أن الليدار يظل الدعامة الأساسية لأبحاث FIRE cirrus (على سبيل المثال ، Sassen وآخرون.، 1994 والدراسات الساتلية المختلفة الواردة في القسم 8) ، من أبرز ما يميز FIRE 91 هو الفائدة العالية الموضحة لرصد الرادار بطول الموجة المليمترية للشمع. على عكس نتائج التقنيات التي تستخدم الملاحظات في المرئي من خلال أجزاء الأشعة تحت الحمراء من الطيف. طور ماتروسوف (1992) تقنية تجمع بين ملاحظات الرادار وأرصاد القياس الإشعاعي على ارتفاع 11 مترًا لاسترداد معلمة حجم بلورة الجليد الفعالة التي تتوافق إلى حد ما مع الملاحظات الفيزيائية الدقيقة في الموقع. يستفيد هذا من حساسية الرادار العالية لجزيئات الجليد الأكبر. ماتروسوف وآخرون. (1993) قام بتطوير هذه الطريقة لاسترداد الملامح الرأسية لحجم الجسيمات ومحتوى الماء المثلج وتركيز الجسيمات. نتائج مشجعة للغاية.

أبلغ Orr و Kropfli (1993b) أيضًا عن تحليل جديد لبيانات الرادار حيث يتم اشتقاق الملامح الرأسية لتدفق كتلة الجليد العمودية (الشكل 32). تعتمد هذه التحليلات على حساسية الرادار العالية من حيث الكتلة الجليدية (Sassen، 1987 Matrosov وآخرون.، 1993) وتقديرات دوبلر لسرعة سقوط الجسيمات (Orr and Kropfli، 1993a) إلى البلورات الأكبر حجمًا التي تهيمن على كتلة الجليد السحابية الإجمالية. يعتبر ملف التدفق العمودي للكتلة الجليدية ذا أهمية خاصة لفهم دور السمق في ميزانية المياه في الجزء العلوي من التروبوسفير. علاوة على ذلك ، توفر هذه الملاحظات وسيلة مباشرة إلى حد ما لتقييم النماذج السحابية في هذا الجانب المهم للغاية (على سبيل المثال ، Starr and Cox ، 1985 أ ، ب).

الشكل 32. ملف تعريف تدفق كتلة الجليد الطبيعي المستمد من الملاحظات باستخدام رادار دوبلر NOAA-ETL 8.67 مم في 28 نوفمبر 1991 خلال الحملة الميدانية FIRE 91 يتم استنتاج كتلة الماء الجليدي من الكثافة المنعكسة وسرعة سقوط الجسيمات من إشارة دوبلر. يتم تطبيع تدفق كتلة الماء الجليدي من خلال قيمة الذروة ، ويتم ضبط المسافة إلى السحابة من خلال عمق السحب الكلي. المنحنيات المشتقة لحالات مختلفة جميعها لها أشكال متشابهة جدًا ، خاصة بالنسبة للخط "الأنسب". تحدث قيم الذروة عادةً على ارتفاع 0.1-0.3 فوق قاعدة السحب بالنسبة إلى عمق السحب الكلي.

(من أور وكروبفلي ، 1993 أ ، ب).


عندما تصطدم النجوم: LIGO وعلم فلك الموجات الثقالية

يعد مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) مشروعًا طموحًا. تم تصميم التجربة لاكتشاف وتمييز موجات الجاذبية الناتجة عن الأحداث النشطة والهائلة في الكون. ما هو أكثر من ذلك ، حيث أن LIGO لديها محطتان تبعدان مسافة 3000 كيلومتر (1870 ميل) ، من خلال التثليث ، يمكن استنتاج موقع اصطدام نجم أو حدث ثقب أسود في السماء. اكتمل LIGO منذ عامين ، وقد أخذ البيانات منذ ذلك الحين ، وقد حان الوقت الآن لبدء تحليل النتائج ، ومعرفة ما إذا كان من الممكن بالفعل ملاحظة موجة الجاذبية النظرية ، مما يقودنا إلى حقبة جديدة من علم الفلك ، علم فلك الموجات الثقالية

مثل الكثير من التموجات في بركة الزمكان ، من المتوقع أن تنتشر موجات الجاذبية في جميع أنحاء الكون. يتم إنشاؤها بواسطة أي جسم ضخم ، يتأرجح ، يدور أو يصطدم ، أي حركة تزعج نسيج الزمكان. موجات الجاذبية هي نتيجة لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، وإذا تم اكتشافها ، فسيتم اكتشاف ملاحظة مباشرة للتقلب في الزمكان. هذا هو المكان الذي تحتاج فيه مشاريع مثل LIGO.

حتى الآن ، يمكن لعلماء الفلك مراقبة الإشعاع الكهرومغناطيسي (سواء كان بصريًا أو تحت أحمر أو أشعة سينية أو فوق بنفسجية) وقد فعلوا ذلك منذ تصور جاليليو جاليلي & # 8217s للتلسكوب في القرن السابع عشر. في الوقت الحاضر ، لدينا مجموعة كاملة من المراصد (الأرضية والمحمولة في الفضاء) التي تكتشف هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وتتحقق في أعماق الغلاف الجوي للشمس ، وترى من خلال السحب النجمية ، وتراقب النجوم الأولية ، بل وتكتشف إشعاع الخلفية الخافت من الميكروويف الناتج عن the Big Bang echoing around the cosmos.

To complement electromagnetic astronomy, we now have neutrino detectors, located deep underground to avoid contamination by cosmic rays and other ambient radiation. Neutrinos very weakly interact with matter, making them notoriously hard to detect. The only practical way to detect these ghostly particles is to create a very big target – in this case millions of gallons of fluid (water or some other reactive agent). As the neutrinos hit the target, a few may interact with the fluid molecules, generating a flash of Cherenkov radiation. Neutrinos are an important part of observing the conditions inside our Sun and also, due to the entire Universe being bathed in neutrinos, hold a vast quantity mass and therefore a source of dark matter.

Now, scientists hope to begin a new type of astronomy, adding to electromagnetic and neutrino observations: the observation of gravity, more precisely, the detection of gravitational waves as they ripple through space-time.

In a new report by Maria Alessandra Papa, results from the LIGO Scientific Collaboration (LSC) are reviewed, and generally the data is very exciting. The LIGO system has surpassed all sensitivity expectations. Having just completed a fifth science run, LIGO and other associated detectors have been pooling their data in the hope of detecting compact binary systems (a compact binary white dwarf star system is visualized by this superb NASA animation – gravitational waves included). LIGO is sensitive to waves of between 50 Hz and 1500 Hz, the expected frequency range of such a system.

The two LIGO installations in Washington and Louisiana are approximately 3000 km apart, and both are in an L-shaped configuration. Each “leg” of the L is 4 km long, encasing an ultra high vacuum where lasers can pass unhindered. Interferometers at the L joint are targeted by the lasers. Interferometery is a technique to compare the phase of two waves and to understand what conditions may affect the nature of the light if the phase changes. As LIGO has such a long baseline (i.e. a long distance for the laser to travel), any changes in the laser will be amplified at the interferometer. In the case of a gravitational wave, should it propagate through local space, the laser light will be influenced, changing the signal at the detector. In theory, as a gravitational wave travels through a LIGO laser, its path will be varied (after all, even laser photon paths can be effected by a ripple in space-time), creating an interferometer signal.

Gravitational waves travel at the speed of light, so once a signal is picked up by one LIGO station, it will be a matter of milliseconds before it is received at the second station 3000 km away. Also, as there are two stations, triangulation may be used to derive the location of the gravitational disturbance.

But there’s a catch. This is all very well and good in نظرية, but we are not entirely sure what the signature of a gravitational wave looks like, so much more data will need to be acquired before a pattern may begin to form. According to Papa, two years of data acquisition will increase the volume of the gravitational Universe that we can observe by a factor of eight. After six years, this will increase to a factor of 1000. The data collected so far, although encouraging, does not challenge our understanding of the cosmos quite yet as we simply don’t have enough data to understand what a gravitational wave looks like, let alone whether it was generated by a black hole, binary system or a supernova. If in six years, definitive proof of a gravitational wave has not been found, we may have to re-think the nature of gravitational waves and go back to the space-time textbooks…

شارك هذا:

Like this:

متعلق ب


شاهد الفيديو: طريقة الرجوع للخلف بالسيارة طريقة مدرسة القيادة (شهر اكتوبر 2021).