Porovnání momentů hybnosti v soustavách planeta-měsíc ve Sluneční soustavě

2. 04. 2019 16:33:19
V tomto textu provedeme několik jednoduchých výpočtů. Porovnáme dráhové momenty hybnosti měsíců vs rotační momenty hybnosti jejich planet. Bude se náš Měsíc nějak vymykat?

Nejprve projděme Sluneční soustavu. Merkur s Venuší měsíc, zdá se, nemají. Pak tu máme Zemi s Měsícem, ty nás budou zajímat nejvíce. Následuje Mars - Phobos a Deimos můžeme zkusit vzít v úvahu. Avšak ty pro nás tolik zajímavé nejsou, protože se příliš nepodobají soustavě Země-Měsíc. Pak máme Jupiter a ten už je dosti zajímavý - zkusíme vyšetřit minimálně čtyři úhlavní měsíce, tj. měsíc Io, Ganymedes, Europa a Callisto. Prověřit můžeme i další. Pak máme Saturn, tam se přirozeně zaměříme na Titan a případně další měsíce.

Proč nás bude zajímat zrovna porovnání momentů hybnosti? Lze říci, že tyto parametry patří mezi klíčové při zkoumání toho, jak se soustava planeta-měsíc v minulosti vyvíjela. Můžeme zkusit prohlásit, že pakliže tělesa vznikala z jednoho akrečního disku, který rotoval, měl by existovat i určitý vztah mezi tělesem centrálním a tělesy obíhajícími těžiště často takřka ve středu centrálního tělesa (disku). Nejenom soustavy planeta-měsíc bychom tak mohli zkusit porovnat ale i soustavy hvězda-planeta, tj. vztah mezi planetami a Sluncem. Předpokládáme, že kupříkladu Země vznikala v akrečním disku kolem Slunce. Stejný předpoklad máme i o Jupiterových největších měsících, které vznikaly v akrečním disku kolem Jupitera.

Pokud zjistíme, že se kupříkladu dráhový moment hybnosti Měsíce významně vymyká oproti rotačnímu Země ve vztahu vůči jiným soustavám, musíme hledat vysvětlení. To může ležet třeba v tom, že Měsíc nevznikl z akrečního disku souběžně se Zemí (například). A my skutečně zjistíme, že dráhový moment hybnosti Měsíce je abnormálně vysoký. A samozřejmě se budeme ptát, jak k tomu mohlo dojít.

Abnormálně vysoký dráhový moment hybnosti Měsíce se vysvětluje v zásadě jedním způsobem (já navrhnu ještě další). Země se před více než 4 miliardami lety měla srazit s tělesem, které mělo vyvrhnout její materiál. Tento se měl usadit na oběžné dráze a utvořit prstenec. V rekordním čase se z prstence měl poslepovat Měsíc. Země měla v důsledku srážky extrémně rychle rotovat. Její rotační moment hybnosti se potom měl přenést na ten dráhový Měsíce skrze slapové působení. Tím se v důsledku zákona zachování momentu hybnosti měl dráhový moment hybnosti Měsíce abnormálně navýšit. Měsíc se měl vzdalovat od rychle rotující Země. A ta se tímto zpomalovat.

Já mám trochu jiné zdůvodnění. Domnívám se, že soustava Země-Měsíc mohla být v samotném počátku formace Sluneční soustavy podobná kupříkladu soustavě Jupiter-Io. Tedy, že Země s Měsícem vznikly z jednoho akrečního disku - shodný chemismus podtrhují izotopy kyslíku. Když se sluneční vítr z právě iniciované termojaderné nukleární reakce v nitru Slunce opřel do Země, která byla podoby plynného obra, došlo k úbytku jejích hmot. Země si +/- mohla udržet původní rychlost rotace, nikoliv svůj rotační moment hybnosti (protože při úbytku hmot zákon zachování momentu hybnosti neplatí). Měsíc se přirozeně vzdálil. Ale jen tak, že neuletěl úplně (to se dá modelovat, mj. to můžete zkusit i v rámci komerčního softwaru - můžete zkusit Zemi dát hmotu třeba desetinásobnou a pak ji ubírat a zkoumat, kam až Měsíc uletí). Tím se abnormálně navýšil jeho dráhový moment hybnosti vzhledem k rotačnímu Země. Vysoká 'reliktní' rychlost rotace Země se postupně snížila na dnešní hodnoty v důsledku její pozdní expanze (skrze expanzi se rotační moment hybnosti Země nikam nepřenášel - měnila se její setrvačnost), která byla iniciována mj. zvyšováním sluneční luminozity a logickým oslabováním nadložního ledového sarkofágu (a dalších hmot). Moment hybnosti soustavy se dlouho nejen zachovával, ale zachovávala se i jeho distribuce. Až s postupným táním sarkofágu se skrze slapy mohl částečně v pozdějším období přenést na dráhový moment hybnosti Měsíce.

Když se podíváme do tabulky výše, odpovídá dráhový moment hybnosti Měsíce více než čtyřnásobku rotačního Země. To je v relaci s jinými srovnatelně velkými (a hmotnými) měsíci neporovnatelné. Podobná relace funguje pouze v případě vztahu Slunce-plynný obr, např. Saturn či Jupiter. Zde odkáži na článek Toma Raye:

https://academic.oup.com/astrogeo/article/53/5/5.19/208905

V případě dráhového momentu hybnosti Jupitera vs rotačního Slunce jde o více než 17x vyšší hodnotu. U Země je podíl OAM_planeta / RAM_Slunce asi 0.023, což je v porovnání s měsíci vs planetami stále vysoké číslo, jehož nepoměr vzhledem k Jupiteru je dán nízkou hmotou Země. Hmota Země by se do Jupitera vešla skoro 318x. Obecně to vypadá, že nízký spin Slunce byl vygenerován úbytkem jeho hmot, jak je už pár dekád nejen diskutováno a ověřováno výpočty, ale také přímo ověřováno skrze astronomická pozorování.

V problematice se zkouším zorientovat, nadhodím citaci z článku výše:

'Even with a current mass loss rate of only a few times 10^−14 solar masses per year (although the rate was much higher when the Sun was younger), the Sun's rotation is still being slowed down.' - tučně zvýrazňuji obecný předpoklad, že mladé Slunce bylo bouřlivější.

Jak Slunce, tak Země přicházely o svou hmotu - Slunce v důsledku své vnitřní dynamiky, Země v důsledku tlaku slunečního větru. Spin Slunce se snížil natolik, že dnes v součtu dráhové momenty hybností planet drtivě dominují celé Sluneční soustavě. A to i přesto, že hmotou naopak dominuje Slunce.

Zkusme si velice přibližně pohrát s parametry Jupitera v tabulce výše. Když jeho hmotu snížíme na hmotu Země a poloměr na asi 5000 km, tj. uděláme z něj obnažené jádro, a ponecháme mu původní spin, získáme rotační moment hybnosti o jediný řád jiný, než má Země dnes. Když uděláme totéž u Uranu, dostaneme zhruba totožný moment. Zajímavé, co myslíte? Opakuji, že když by se takové jádro rozhodlo expandovat skrze relaxaci, daný moment by si již uchovalo.

Za zmínku stojí, že dosud nebylo vysvětleno, proč má Měsíc odlišnou tloušťku kůry na přivrácené vs odvrácené straně (více než 2x silnější). Osobně bych vyslovil obecný názor, že to je důsledek silového působení, kdy na Měsíc v jeho pohybu působilo zrychlení ve směru Země-Měsíc. Slapy s tím nemají co dělat - tam je působnost ve směru Země-Měsíc, ale stejně na přivrácenou i odvrácenou stranu. Půjdeme na to jak jinak, než příkladem ze života...

...když začne tramvaj zrychlovat, neplatí, že se každý její element pohybuje stejně - lidé hůře udržují stabilitu, předměty se pohybují směrem opačným, než je směr jízdy tramvaje. To proto, protože na tramvaj působí síla. To platí do doby, dokud se rychlost tramvaje neustálí na nějaké hodnotě. Právě úbytek hmoty Země v časném stadiu formace Sluneční soustavy nejen, že Měsíc vzdálil od Země a došlo k poklesu rotačního momentu hybnosti Země, ale zároveň toto vzdálení proběhlo se zrychlením. Protože bylo nitro Měsíce ještě tekuté oproti svrchnímu škraloupu - kůře - pohybovaly se tyto elementy vůči sobě s jinou dikcí. A to do té doby, dokud se orbita Měsíce neustálila. Svrchní korový měsíční škraloup si můžeme představit jako kostru tramvaje - ta je sice při rozjezdu namáhána, ale drží pohromadě. Nitro tramvaje - tj. osoby v ní, nejsou k této kostře pevně přidělány a tudíž začnou přepadávat. Toť mé vysvětlení skutečnosti, proč měsíční moře na přivrácené straně dominují.

Viz. například obrázek.

Autor: Jan Mestan | úterý 2.4.2019 16:33 | karma článku: 12.56 | přečteno: 348x

Další články blogera

Jan Mestan

Barrandien: Stovky milionů let cest po ploché Zemi nebo jen bezvýznamné sedimentární...

...vrstvy na kdysi dávno zoceleném tvrdém magmatickém základu Čech? Je Barrandova skála útvarem mladým a nebo extrémně starým?

12.11.2019 v 15:29 | Karma článku: 10.40 | Přečteno: 250 | Diskuse

Jan Mestan

Co je starší? České středohoří nebo útvar křídy 'kolem'?

Geologie bývá zrádná. Když například v mapě uvidíme plochu sedimentárního útvaru a v ní enklávy vulkanitů, není snadné rozhodnout, co je mladší. Buď nám nejprve vznikly vulkanity a ty byly později obklopeny sedimenty a nebo...

1.11.2019 v 23:05 | Karma článku: 17.97 | Přečteno: 316 | Diskuse

Jan Mestan

Pohádka o kontinentu pohřbeném pod jižní Evropou

V následujícím textu stručně shrnu, proč zpráva o kontinentu pohřbeném pod Evropou nedává smysl. Jde o zajímavou pohádku, kterou nepodporuje vůbec nic.

26.9.2019 v 15:31 | Karma článku: 18.52 | Přečteno: 474 | Diskuse

Jan Mestan

O rostoucí Zemi aneb miliardový Big Deal pro 21. století

Pozvánka na event O rostoucí Zemi aneb miliardový Big Deal pro 21. století, IMAGE Theatre Praha, 14DEC19.

19.9.2019 v 11:49 | Karma článku: 16.97 | Přečteno: 220 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Jan Mestan

Barrandien: Stovky milionů let cest po ploché Zemi nebo jen bezvýznamné sedimentární...

...vrstvy na kdysi dávno zoceleném tvrdém magmatickém základu Čech? Je Barrandova skála útvarem mladým a nebo extrémně starým?

12.11.2019 v 15:29 | Karma článku: 10.40 | Přečteno: 250 | Diskuse

Jan Fikáček

Nevědecké pohádky moderní vědy II - kvantové paralelní vesmíry s kopiemi nás samých

Existence jiných vesmírů je prakticky jistá, jak jsem se mohli přesvědčit v blogu Proč musí existovat život v jiných vesmírech a jaký je. Ale co proslavené vesmíry s kopiemi nás samých? Takové existují nebo je to jen pohádka?

12.11.2019 v 8:16 | Karma článku: 30.52 | Přečteno: 1114 | Diskuse

Julius Maksa

Měl Albert Einstein v něčem pravdu? Volné pokračování.

Může vesmír fungovat podle STR a OTR ? Může se pohybovat vlna v ničem? Je rozdíl mezi světelnou a "gravitační" vlnou? Je rozdíl mezi makrosvětem a mikrosvětem? Je popis mikrosvěta kvantovou teorií pravdivý? Pokusím se odpovědět.

11.11.2019 v 21:53 | Karma článku: 7.10 | Přečteno: 211 | Diskuse

Jan Švadlenka

Kreacionismus jakožto alternativní vědecká teorie? Ale kdepak.

Někteří kreacionisté předstírají, že pouze hlásají atlernativní vědeckou teorii. "Evolucionisty" pak obviňují z nedemokratického chování, že prý se je snaží vytlačit z vědecké diskuze. Jenže kreacionismus alternativní teorií není.

11.11.2019 v 10:38 | Karma článku: 17.96 | Přečteno: 400 | Diskuse

Dana Tenzler

Co vlastně obsahuje vyhořelé jaderné palivo? (díl 1.)

Nevsadila bych se, že aktivisté (protestující proti transportům jaderného paliva) ví, co v něm vlastně je - a jak se chová. Proto také nemohou vědět, proč není odpad jen odpadem ale také cennou surovinou. (délka blogu 15-20 min.)

11.11.2019 v 8:00 | Karma článku: 28.25 | Přečteno: 593 | Diskuse
Počet článků 150 Celková karma 16.44 Průměrná čtenost 564

Zajímám se o geofyziku, letectví a vědu jako takovou. Člověk, který spojil Zélandii s Jižní Amerikou.

http://expandingearthresearch.org/

Twitter

Nové objevy a zejména možnost charakterizace či dokonce přímého zobrazování exoplanet vedly v novém miléniu ke značnému rozšíření jejich katalogů. V roce 2003 spatřuje světlo světa pojem chtonijská planeta (https://arxiv.org/abs/astro-ph/0312384). O několik let později dochází ve vědecké komunitě k přímějšímu zkoumání tzv. ultrakondenzované hmoty a nápadu, že taková hmota může při dekompresi relaxovat. Ve 20. a 21. století se zároveň v geologické komunitě opakovaně diskutuje myšlenka, že Země expanduje. To mě přivedlo k nápadu, že by právě Země mohla být horkým kandidátem na planetu chtonijského typu a důvod její expanze spočívat v relaxaci ultrakondenzovaných hmot jejího jádra a spodního pláště. Nadějnou cestou k ještě lepšímu poznání exoplanet budou data z nově budovaného dalekohledu E-ELT v Chile. Studium okolního vesmíru, chování materiálů při vysokých tlacích a modelování separace kontinentální vs oceánské kůry společně s produkcí citlivějších družic mapujících drobné real-timové proměny zemského povrchu dle mého názoru povedou k lepšímu pochopení Země a nabídnou nejen nové odpovědi, ale jistě i mnoho nových otázek v teorii expandující Země - EE theory.

https://bit.ly/2DgalE0

https://bit.ly/2CuxK3l

 

http://expandingearthresearch.org/jan/about/

@jm59official

Najdete na iDNES.cz