Et si la Terre et la Lune tournaient l'une autour de l'autre comme Pluton et Charon?

Qu'est-ce qui serait différent pour nous si la Terre et la Lune tournaient l'une autour de l'autre comme Pluton et Charon?

Ils le font , mais en raison du rapport des masses étant très différent, ils semblent qu'ils ne le feraient pas car la lune semble tourner juste autour (du centre de) la Terre.

Le rapport des masses Terre et Lune est alors que pour Pluton et Charon le même rapport est .$\frac{M_{Earth}}{M_{Moon}} = 81.3$$\frac{M_{Pluto}}{M_{Charon}} = 8.09$

Parce que le rapport pour Pluton et Charon est relativement petit, le centre du système - barycentre, autour duquel les deux corps orbitent - est quelque part sur une ligne tracée entre les centres de masse des deux corps célestes. Mais pour la Terre et la Lune, parce que la Terre est proportionnellement beaucoup plus lourde, le barycentre du système n'atteint pas l'extérieur de la Terre, mais se trouve plutôt à environ 4500 kilomètres du centre de la Terre (voir la photo ci-dessous également):

Dans les cas où l'un des deux objets est considérablement plus massif que l'autre (et relativement proche), le barycentre sera généralement situé à l'intérieur de l'objet plus massif. Plutôt que d'apparaître en orbite autour d'un centre de masse commun avec le corps plus petit, le plus grand sera simplement vu "osciller" légèrement. C'est le cas du système Terre-Lune, où le barycentre est situé en moyenne à 4 671 km du centre de la Terre , bien dans le rayon de la planète de 6 378 km. Source: Wikipedia - Barycenter

L'effet majeur de ce système de co-rotation est que la Terre semble "vaciller" sur son orbite, comme mentionné dans la citation de Wikipedia ci-dessus.

@JeppeStigNielsen fait un bon point sur les différences de verrouillage des marées dans les commentaires ci-dessous. Dans le système Terre-Lune, seule la Lune est verrouillée par les marées (ce qui nous amène à n'en voir qu'une face, donc seulement environ la moitié, depuis la Terre), tandis qu'à Pluton-Charon, les deux corps sont verrouillés par les marées. La Terre n'est pas verrouillée par les marées en raison du rapport de masse plus élevé entre elle et la Lune, mais le système de rapport de masse inférieur Pluton-Charon l'est, car la masse inférieure Charon a lentement changé la rotation de Pluton pour correspondre à son mouvement orbital.

Sur barycentres

Le couple Pluton-Charon n'est pas qualitativement différent du couple Terre-Lune en ce qui concerne les orbites. Comme cela a été souligné dans d'autres réponses, dans les deux cas, les deux corps tournent l'un autour de l'autre, c'est-à-dire qu'ils sont mieux décrits comme en orbite autour de leur barycentre.

En termes plus physiques, le référentiel centré sur le barycentre du système Terre-Lune est "plus galiléen" que le référentiel centré sur le centre géométrique de la Terre: si vous effectuez des mesures de haute précision des systèmes physiques sur Terre, vous en verrez " gigue "qui montre que la Terre n'est pas vraiment galiléenne. Dont la plupart est due à la rotation de la Terre (la gigue étant le plus célèbre démontré par le pendule de Foucault) mais même si vous tenez compte de la rotation, vous obtenez toujours des perturbations résiduelles provenant de la révolution de la Terre autour du barycentre Terre-Lune. (Et si vous corrigez ceux-ci, vous en obtenez toujours en raison de la révolution de la Terre autour du Soleil - vraiment, la révolution de la Terre autour du barycentre du système solaire - et puis certains en raison de la rotation de la Galaxie, etc. , mais ils sont de plus en plus difficiles à détecter.)

À propos des marées

Lorsque deux corps ronds tournent en orbite, ils ont tendance à entrer dans le «verrouillage des marées»: leur vitesse de rotation individuelle se synchronisera avec la révolution, de sorte qu'en fin de compte , les deux corps gardent toujours le même hémisphère l'un vers l'autre. Pluton et Charon sont à cette étape. La Lune est également étroitement liée à la Terre: nous voyons toujours le même hémisphère (en fait, nous voyons un tout petit peu plus de la moitié de la Lune, car elle vacille un peu). La Terre n'est pas verrouillée par les marées ... pour l'instant. Mais ce sera finalement.

En effet, la Terre et la Lune s'exercent mutuellement. Cela s'explique plus facilement en considérant la vitesse orbitale: lorsqu'un très petit satellite orbite autour d'une grande planète, il doit aller à une vitesse qui dépend de l'altitude du satellite: plus le satellite est éloigné, plus il va lentement (par exemple, satellites à orbite basse) zoom à environ 8 km / s, tandis que la Lune se déplace à environ 1 km / s). Mais la Lune est assez volumineuse: son rayon est un peu plus de 1700 km. Cela signifie que si le centre de la Lune va à la bonne vitesse pour son orbite, les roches de l'autre côté de la Lune sont à 1700 km plus loin de la Terre, et sont donc un peu trop rapides pour cette orbite, alors ils veulent partir . De même, les roches du côté proche de la lune sont plus proches de 1700 km de la Terre, et vont donc trop lentement: elles ont tendance à "tomber" vers la Terre.

Le phénomène est symétrique: la Terre subit également les forces de marée de la Lune. En fait, la Terre et la Lune subissent les forces de marée du couple gravitationnel Terre-Lune. Cela engendre des marées, où l'eau se déplace en réponse aux forces; les roches ne le font pas parce que ce sont des roches, c'est-à-dire peu fluides dans des conditions normales - elles aimeraient bouger, mais sont trop rigides pour le faire.

Les forces de marée sont en quelque sorte opposées à la rotation de la Terre plus rapidement que les 27 jours pour une révolution Terre-Lune, et l'énergie de rotation est lentement dissipée: une partie de celle-ci se trouve être injectée dans le couplage gravitationnel Terre-Lune, ce qui les sépare de les uns aux autres (elle a été mesurée grâce aux réflecteurs des sondes spatiales et des missions Apollo: la Lune nous fuit à un rythme d'environ 38 mm par an); le reste est perdu dans le frottement de l'eau en mouvement, ainsi finalement converti en chaleur rayonnée dans l'espace.

Conclusion: la rotation de la Terre ralentit. Par exemple, une journée aurait duré environ 22 heures à l'époque des dinosaures (les grands, pas les oiseaux). Le ralentissement est connu autour des cercles chronométreurs sous le nom de ΔT .

Pourtant...

Même lorsque la Terre sera verrouillée par la Lune, il y aura toujours des marées (au moins, s'il y a encore de l'eau liquide à ce moment-là, ce qui n'est pas une donnée, car la production d'énergie solaire devrait fortement diminuer de 5 milliards d'années à partir de maintenant). En effet, le couple Soleil-Terre produit également des forces de marée. Les forces de marée Terre-Lune sont environ deux fois plus fortes, donc les marées induites par la Lune sont plus grandes, mais dans une situation de verrouillage des marées, nous devrions toujours assister aux marées induites par le Soleil - mais à une échelle plus petite.

(Sans la Lune, la Terre se verrouillerait en fin de compte avec le Soleil et une rotation de 365 jours - en utilisant la longueur d'aujourd'hui pour un jour, bien sûr. Je ne suis pas tout à fait clair sur ce que devrait devenir le système Soleil-Terre-Lune en à très long terme; mais il semble que ce soit encore une recherche largement ouverte, notamment parce qu'il y a d'autres planètes dans le mix, conduisant à une situation très complexe.)

Réponse TLDr:

Les deux réponses sont très bonnes. Il y a quelques détails supplémentaires à considérer si nous voulons examiner toutes les hypothèses dans ce scénario amusant mais loufoque.

Déjà mentionné, le rapport de taille est de 8 pour 1, pas de 81 pour 1, donc pour commencer, le Charon comme Moon serait beaucoup plus grand dans le ciel. La Lune, avec environ 10 fois la masse, avec une densité légèrement supérieure en raison d'un compactage mineur, serait toujours 2,1 fois plus grande, en supposant la même distance, ce qui la rendrait 4 fois plus brillante dans le ciel nocturne. Une pleine lune serait assez impressionnante. Peut-être (à peine) assez brillant pour lire s'il s'agissait d'un gros manuel. (certaines personnes prétendent être capables de lire au clair de lune maintenant, la plupart des gens ne le peuvent pas, mais 4 fois plus lumineuse, une pleine lune peut être assez lumineuse.

Les éclipses solaires deviendraient plus fréquentes et dureraient environ deux fois plus longtemps et vous pourriez penser que la Terre serait légèrement plus froide en raison du blocage de la lumière solaire par la Lune, mais croyez-le ou non, la Lune rayonne plus de chaleur sur la Terre qu'elle ne bloque parce que la la lune illuminée qui nous fait face est à près de 400 degrés F en pleine journée et il n'est pas difficile de voir qu'une surface dont la température rayonne de la chaleur. Pas beaucoup, mais certains. Une question à ce sujet ici, donc un peu plus de 4 fois l'énergie (en ignorant les pertes d'éclipse solaire), environ 1/2 500ème de la chaleur du soleil, pourrait atteindre 1 / 10ème de degré la nuit pendant la pleine lune. Pas beaucoup, certes, mais mesurable pour quiconque possède des instruments suffisamment sensibles. La luminosité et la taille de la Lune seraient évidemment plus perceptibles qu'environ 1 / 10e de 1 degré de température (C pas F).

Une lune de cette masse ralentirait la rotation de la Terre beaucoup plus rapidement, déjà mentionné, mais celui-ci, nous devons y réfléchir. Lorsque la Lune s'est formée, elle était beaucoup plus proche de la Terre, à environ 3 à 5 fois le rayon de la Terre. La source. C'est à l'extérieur de la sphère de la colline, et la formation de la Lune a laissé la Terre tourner très rapidement, de sorte que les effets (terre en rotation rapide, marées lunaires très puissantes) seraient toujours là mais les marées lunaires seraient 10 fois plus importantes, donc nous cherchons au niveau du tremblement de terre, les marées lorsque la lune, 10 fois la masse, était à 3-5 rayons de la terre. La Lune, parce que pendant la formation, elle n'aurait pas beaucoup d'élan angulaire, s'installerait rapidement dans une rotation bloquée par les marées autour de la Terre. L'effet de marée sur la Terre, étant 10 fois plus important, entraînerait (à peu près) 10 fois le renflement de la marée sur la Terre repousserait la Lune de la Terre environ 10 fois plus rapidement, mais, en même temps, la traînée de marée ralentirait la Terre, serait 10 fois plus grande aussi (je suppose que cela correspond à environ 10 fois plus vite).

Donc, fondamentalement, la Lune et la Terre suivraient le système dans lequel elles se trouvent actuellement, mais cela se déroulerait environ 10 fois plus vite avec une Lune avec 10 fois la masse. L'estimation (ici) est qu'il faudra environ 50 milliards d'années pour que la Lune ralentisse suffisamment la Terre pour entrer dans le verrouillage de marée, alors divisez par 10, nous serions très proches d'un verrou de marée aujourd'hui. La Terre tournerait très lentement. La lune serait également (probablement) un peu plus éloignée de la Terre et aurait probablement une orbite plus instable en raison des perturbations solaires, et peut-être, aurait échappé complètement. C'est un peu compliqué de mathématiques que je préférerais ne pas essayer (à la masse actuelle de la Lune, le Soleil deviendra Géant Rouge bien avant que la Lune ne s'échappe ou que la Terre ne soit verrouillée en marée mais avec une Lune 10 fois plus massive, que " Ce n'est probablement plus le cas et soit la Lune est partie, soit la Lune est plus éloignée, a une orbite plus allongée et la Terre est verrouillée à ou près de la marée. Si la Lune s'échappe, nous aurions un objet orbital proche de la terre de taille énorme qui pourrait plus tard s'écraser sur nous ou basculer au-delà de la terre et déplacer notre orbite - l'un ou l'autre effet et simplement l'effet de l'absence de lune serait énorme.

Discussion sur l'évasion lune / terre vs verrouillage des marées ici

Si nous supposons un verrouillage complet des marées, 29,5 jours (synodique, pas sidréal) et une lune un peu plus loin, nous pourrions regarder 30 quelque chose à peut-être 40 jours pour 1 rotation de la terre, soit 20 jours de soleil, 20 jours de nuit. Cela jouerait un ravage absolu sur les systèmes météorologiques et les saisons. Du jour au soir, cela aurait un effet plus important que l'été et l'hiver, et les jours d'été seraient torrides, bien que certaines régions puissent très bien à cause des précipitations. L'évolution pourrait probablement s'adapter à cela, mais cela ne me semble pas amusant. La distance supplémentaire pourrait rendre la Lune seulement 3 fois plus brillante dans le ciel nocturne au lieu de 4. tout de même assez brillante. Vous auriez toujours 6 mois de soleil et 6 mois de nuit aux pôles, mais pour la plupart de la terre, ce serait un changement radical avec des jours et des nuits aussi longs.

Autres effets possibles, Obliquité (pas de lune, peut-être plus grande, un plus grand conducteur de l'ère glaciaire), voir ici . De plus, si la Terre avait toujours la Lune mais que la Lune était sur une orbite plus allongée, nous aurions encore des marées alors que la Lune entrait et sortait en appogee et perogee. voir l'image

La source

En fin de compte, même si nous n'y réfléchissons pas beaucoup, une lune de taille différente changerait en fait beaucoup. Une lune plus petite s'éloignerait de la Terre plus lentement et la terre pourrait peut-être avoir une 2e lune, peut-être par capture, si la lune était plus petite, nous pourrions également avoir des âges glaciaires et des changements climatiques plus agressifs en raison d'une plus grande variation d'obliquité et, en supposant que l'impact géant se produit toujours de la même manière mais avec une plus petite quantité de débris (ce qui n'a pas de sens, mais permet de faire semblant), alors une plus petite lune n'aurait pas autant ralenti la rotation de la Terre et la Terre pourrait tourner assez un peu plus vite, 10 ou 15 heures par jour au lieu de 24. Les effets seraient assez importants.