Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
Sólin Sólin Rís 10:17 • sest 16:10 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 21:40 • Sest 15:54 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 10:12 • Síðdegis: 22:46 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:46 • Síðdegis: 16:36 í Reykjavík
LeiðbeiningarTil baka

Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=
Forsíða Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina?

Flokkun:

20.2.2001
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina?

Þorsteinn Vilhjálmsson

Upphafleg spurning var sem hér segir:
Ef aðdráttarafl jarðar er svo kröftugt að það afmyndar mánann (gerir hann egglaga) er þá ekki máninn smátt og smátt að nálgast jörðina?
Það er rétt að tunglið eða öllu heldur dreifing massans í því er lítið eitt ílöng í stefnu línunnar milli jarðar og tungls. Það hefur auk þess bundinn snúning sem kallað er, en það þýðir að það snýr alltaf sömu hlið að jörðinni. Með öðrum orðum vísar lengdarás massadreifingarinnar alltaf á miðju jarðar. Frá þessu er að vísu svolítið frávik sitt á hvað og nefnist það tunglvik (libration). Þess má geta til gamans að flest tungl sólkerfisins hafa bundinn snúning eins og tunglið okkar.

Vel getur staðist að segja að það sé “aðdráttarafl jarðar” sem veldur þessu þó að ef til vill sé enn réttara að það sé breytileiki aðdráttarins eftir stað. Ef þyngdarkrafturinn á tunglið væri alls staðar jafn mundi þetta til dæmis ekki gerast. Það er mismunurinn í þyngdarkrafti milli þeirrar hliðar tunglsins sem nær er og hinnar sem fjær er sem veldur aflöguninni og síðan bindingu snúningsins. Þessi áhrif nefnast sjávarfallakraftar (tidal forces) því að þau eru algerlega hliðstæð þeim áhrifum frá tungli og sól sem valda sjávarföllum hér á jörðinni. Sjávarfallakraftar koma víða annars staðar við sögu þegar grannt er skoðað og eru til dæmis afar mikilvægir í grennd við svarthol. Nánari grein er gerð fyrir þessum kröftum og dæmum um áhrif þeirra í svörum sem vísað er í hér í lokin.

Talið er að tunglið hafi upphaflega verið talsvert nær jörðinni en það er núna. Sjávarfallakraftar á það hafa þá verið til muna meiri en nú því að þeir minnka mjög ört með fjarlægð frá jarðarmiðju, í hlutfalli við einn á móti fjarlægðinni í þriðja veldi, 1/r3, þar sem þyngdarkrafturinn sjálfur minnkar aðeins í hlutfalli við 1/r2.

codebase="http://active.macromedia.com/flash2/cabs/swflash.cab#version=4,0,0,0"

ID=hefja WIDTH=412 HEIGHT=300>



Tunglið hefur líka áður verið meira fljótandi að innan, en nú er það sem næst storkið. Tunglskjálftarannsóknir gefa þó til kynna að kjarni þess kunni að vera bráðinn að hluta. Náttúrulegir tunglskjálftar eru miklu færri og veikari en jarðskjálftar og er það rakið til þess að í tunglinu eru ekki nægilega öflug fljótandi lög til að valda flekahreyfingum eða spennu milli fleka eins og hér, þannig að helsta orsök tunglskjálftanna er einmitt sjávarfallakraftarnir og breytileiki þeirra með tímanum.

Vel má vera að tunglið hafi í upphafi haft talsverðan möndulsnúning miðað við jörð. Ef það hefði getað haldið kúlulögun hefði það snúist sem ein heild án frekari tíðinda. En vegna sjávarfallakraftanna varð aflögun sem var auk þess síbreytileg á hverjum stað eftir því hvernig tunglið sneri við jörð. Snúningnum hefur því fylgt umtalsverður núningur og kraftvægi frá jörð, sjá síðar. Þetta olli því síðan að snúningurinn minnkaði smám saman og varð að lokum bundinn jafnframt því sem massadreifingin vék frá kúlulögun eða kúlusamhverfu sem kallað er.

Þessi atburðarás er í rauninni hliðstæð því sem er að gerast á jörðinni nema hvað hjá okkur snýst þetta fyrst og fremst um fljótandi lag utan á jörðinni, hafið, en sjávarfallakraftar á jarðskorpuna og innri lög jarðar koma þó einnig við sögu. Þessir kraftar frá sól og tungli valda sem kunnugt er sífelldri hreyfingu hafbungunnar. Því fylgir núningur sem dregur smám saman úr möndulsnúningi jarðar en eykur um leið snúningshraða tunglsins á braut sinni. Hins vegar leggjast öll atriði málsins á eitt um það að þessi breyting á snúningi jarðar verður afar hæg miðað við breytinguna sem varð þegar tunglið fékk bundinn snúning.

Sjávarfallabungurnar á hafinu mundu snúa beint að og frá tunglinu ef jörðin snerist ekki undir þeim. Hún leitast hins vegar við að snúa hafinu með sér. Þessir tveir kraftar ná jafnvægi sín á milli þegar bungan sem er tunglmegin er dálítið á undan tunglinu í snúningnum eins og myndin hér á eftir sýnir. Krafturinn frá tunglinu á hana er meiri en á hina og því myndast kraftvægi frá tungli á kerfi jarðar og hafs sem dregur úr heildarhverfiþunga þess, sem kallað er, og birtist í því að jörðin hægir á möndulsnúningi sínum sem nemur 1,5 millísekúndum á öld.

Kraftvægið frá tungli á jörð og haf endurspeglast í því að fram kemur lítill kraftur frá jörð sem verkar fram á við á tunglið í hreyfingu þess eftir braut sinni. Sjávarfallabungan sem nær er tunglinu verkar á það með meiri krafti en hin sem fjær er. Misvísandi staða bungnanna verður til þess að heildarkrafturinn verður ekki aðeins í stefnu að miðju jarðar heldur kemur líka fram kraftur sem eykur hraða tunglsins og orku. Það verður síðan til þess að það færist utar um 3,8 cm á ári. Innifalið í þessu ferli er það sem eðlisfræðingar kalla varðveislu hverfiþungans: Hverfiþunginn sem jörð og haf sem heild tapa vegna kraftvægis frá tungli skilar sér í auknum hverfiþunga tunglsins í brautarhreyfingu þess.

Ílöng lögun tunglsins þarf á engan hátt að leiða til þess að það nálgist jörðina eins og spyrjandi virðist álykta. Ef við hugsum okkur að aflfræðilegt kerfi jarðar og tungls væri einangrað gæti það haldið áfram að snúast á sama hátt um sjálft sig endalaust ef tilteknum skilyrðum er fullnægt, svo sem að hreyfingin sé í algeru tómarúmi og hnettirnir væru annaðhvort fullkomlega stjarfir (stífir, rigid) eða í bundnum snúningi hvor miðað við annan.

Heimildir og lesefni:

Svar um bundinn snúning tunglsins hjá Scientific American

Vefsetur í Arizona um tunglið

William J. Kaufmann III. og Roger A. Freedman, 1999. Universe. 5. útgáfa. New York: Freeman.

Vefsetur bókarinnar

Önnur svör um skyld efni:

Hvers vegna gætir sjávarfalla tvisvar á sólarhring?

Af hverju er ekki flóð og fjara alltaf á sama tíma?

Af hverju er seinna flóðið stærra en það fyrra á sólahringnum á sumrin, en öfugt á veturna?

Mynd: Kaufmann & Freedman, 1999, 233.

Höfundur

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Útgáfudagur

20.2.2001

Spyrjandi

Magnús Magnússon

Efnisorð

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina?“ Vísindavefurinn, 20. febrúar 2001, sótt 21. nóvember 2024, https://visindavefur.is/svar.php?id=1345.

Þorsteinn Vilhjálmsson. (2001, 20. febrúar). Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina? Vísindavefurinn. https://visindavefur.is/svar.php?id=1345

Þorsteinn Vilhjálmsson. „Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina?“ Vísindavefurinn. 20. feb. 2001. Vefsíða. 21. nóv. 2024. <https://visindavefur.is/svar.php?id=1345>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki

Senda grein til vinar

=

Ef aðdráttarafl jarðar getur aflagað mánann, er hann þá ekki smám saman að nálgast jörðina?
Upphafleg spurning var sem hér segir:

Ef aðdráttarafl jarðar er svo kröftugt að það afmyndar mánann (gerir hann egglaga) er þá ekki máninn smátt og smátt að nálgast jörðina?
Það er rétt að tunglið eða öllu heldur dreifing massans í því er lítið eitt ílöng í stefnu línunnar milli jarðar og tungls. Það hefur auk þess bundinn snúning sem kallað er, en það þýðir að það snýr alltaf sömu hlið að jörðinni. Með öðrum orðum vísar lengdarás massadreifingarinnar alltaf á miðju jarðar. Frá þessu er að vísu svolítið frávik sitt á hvað og nefnist það tunglvik (libration). Þess má geta til gamans að flest tungl sólkerfisins hafa bundinn snúning eins og tunglið okkar.

Vel getur staðist að segja að það sé “aðdráttarafl jarðar” sem veldur þessu þó að ef til vill sé enn réttara að það sé breytileiki aðdráttarins eftir stað. Ef þyngdarkrafturinn á tunglið væri alls staðar jafn mundi þetta til dæmis ekki gerast. Það er mismunurinn í þyngdarkrafti milli þeirrar hliðar tunglsins sem nær er og hinnar sem fjær er sem veldur aflöguninni og síðan bindingu snúningsins. Þessi áhrif nefnast sjávarfallakraftar (tidal forces) því að þau eru algerlega hliðstæð þeim áhrifum frá tungli og sól sem valda sjávarföllum hér á jörðinni. Sjávarfallakraftar koma víða annars staðar við sögu þegar grannt er skoðað og eru til dæmis afar mikilvægir í grennd við svarthol. Nánari grein er gerð fyrir þessum kröftum og dæmum um áhrif þeirra í svörum sem vísað er í hér í lokin.

Talið er að tunglið hafi upphaflega verið talsvert nær jörðinni en það er núna. Sjávarfallakraftar á það hafa þá verið til muna meiri en nú því að þeir minnka mjög ört með fjarlægð frá jarðarmiðju, í hlutfalli við einn á móti fjarlægðinni í þriðja veldi, 1/r3, þar sem þyngdarkrafturinn sjálfur minnkar aðeins í hlutfalli við 1/r2.

codebase="http://active.macromedia.com/flash2/cabs/swflash.cab#version=4,0,0,0"

ID=hefja WIDTH=412 HEIGHT=300>



Tunglið hefur líka áður verið meira fljótandi að innan, en nú er það sem næst storkið. Tunglskjálftarannsóknir gefa þó til kynna að kjarni þess kunni að vera bráðinn að hluta. Náttúrulegir tunglskjálftar eru miklu færri og veikari en jarðskjálftar og er það rakið til þess að í tunglinu eru ekki nægilega öflug fljótandi lög til að valda flekahreyfingum eða spennu milli fleka eins og hér, þannig að helsta orsök tunglskjálftanna er einmitt sjávarfallakraftarnir og breytileiki þeirra með tímanum.

Vel má vera að tunglið hafi í upphafi haft talsverðan möndulsnúning miðað við jörð. Ef það hefði getað haldið kúlulögun hefði það snúist sem ein heild án frekari tíðinda. En vegna sjávarfallakraftanna varð aflögun sem var auk þess síbreytileg á hverjum stað eftir því hvernig tunglið sneri við jörð. Snúningnum hefur því fylgt umtalsverður núningur og kraftvægi frá jörð, sjá síðar. Þetta olli því síðan að snúningurinn minnkaði smám saman og varð að lokum bundinn jafnframt því sem massadreifingin vék frá kúlulögun eða kúlusamhverfu sem kallað er.

Þessi atburðarás er í rauninni hliðstæð því sem er að gerast á jörðinni nema hvað hjá okkur snýst þetta fyrst og fremst um fljótandi lag utan á jörðinni, hafið, en sjávarfallakraftar á jarðskorpuna og innri lög jarðar koma þó einnig við sögu. Þessir kraftar frá sól og tungli valda sem kunnugt er sífelldri hreyfingu hafbungunnar. Því fylgir núningur sem dregur smám saman úr möndulsnúningi jarðar en eykur um leið snúningshraða tunglsins á braut sinni. Hins vegar leggjast öll atriði málsins á eitt um það að þessi breyting á snúningi jarðar verður afar hæg miðað við breytinguna sem varð þegar tunglið fékk bundinn snúning.

Sjávarfallabungurnar á hafinu mundu snúa beint að og frá tunglinu ef jörðin snerist ekki undir þeim. Hún leitast hins vegar við að snúa hafinu með sér. Þessir tveir kraftar ná jafnvægi sín á milli þegar bungan sem er tunglmegin er dálítið á undan tunglinu í snúningnum eins og myndin hér á eftir sýnir. Krafturinn frá tunglinu á hana er meiri en á hina og því myndast kraftvægi frá tungli á kerfi jarðar og hafs sem dregur úr heildarhverfiþunga þess, sem kallað er, og birtist í því að jörðin hægir á möndulsnúningi sínum sem nemur 1,5 millísekúndum á öld.

Kraftvægið frá tungli á jörð og haf endurspeglast í því að fram kemur lítill kraftur frá jörð sem verkar fram á við á tunglið í hreyfingu þess eftir braut sinni. Sjávarfallabungan sem nær er tunglinu verkar á það með meiri krafti en hin sem fjær er. Misvísandi staða bungnanna verður til þess að heildarkrafturinn verður ekki aðeins í stefnu að miðju jarðar heldur kemur líka fram kraftur sem eykur hraða tunglsins og orku. Það verður síðan til þess að það færist utar um 3,8 cm á ári. Innifalið í þessu ferli er það sem eðlisfræðingar kalla varðveislu hverfiþungans: Hverfiþunginn sem jörð og haf sem heild tapa vegna kraftvægis frá tungli skilar sér í auknum hverfiþunga tunglsins í brautarhreyfingu þess.

Ílöng lögun tunglsins þarf á engan hátt að leiða til þess að það nálgist jörðina eins og spyrjandi virðist álykta. Ef við hugsum okkur að aflfræðilegt kerfi jarðar og tungls væri einangrað gæti það haldið áfram að snúast á sama hátt um sjálft sig endalaust ef tilteknum skilyrðum er fullnægt, svo sem að hreyfingin sé í algeru tómarúmi og hnettirnir væru annaðhvort fullkomlega stjarfir (stífir, rigid) eða í bundnum snúningi hvor miðað við annan.

Heimildir og lesefni:

Svar um bundinn snúning tunglsins hjá Scientific American

Vefsetur í Arizona um tunglið

William J. Kaufmann III. og Roger A. Freedman, 1999. Universe. 5. útgáfa. New York: Freeman.

Vefsetur bókarinnar

Önnur svör um skyld efni:

Hvers vegna gætir sjávarfalla tvisvar á sólarhring?

Af hverju er ekki flóð og fjara alltaf á sama tíma?

Af hverju er seinna flóðið stærra en það fyrra á sólahringnum á sumrin, en öfugt á veturna?

Mynd: Kaufmann & Freedman, 1999, 233.

...