月は自転しているのですか

質問

月は地球にいつも同じ面を向けているという特異な状態にありますが、これは通常だと地球を1公転する間に1回自転しているという解釈になりますが、ですからこれは月は自転していないのではないのか？と。

地球の重力に完全に捕らえられて自身の自転運動が停止しているのでは。
自転を停止し静止の状態を維持する慣性力のためにあたかも固有の自転運動を維持してるかのように見える。

こういう考え方は今は廃止されてしまった大昔のYahoo掲示板の変な挙動の一スレで盛んに論議されてましたが。

回答No.17

Nakay702

補足を拝見しました。

「人間原理で見た場合に成立する法則」だと思いました。とはいえ、寿命100年足らずの物差しで「ウロボロスの蛇」の全貌を包括的に表せるはずはないのですから、それでもいいかもの知れません。つまり、我々は、ある意味、自然を人文科学的に、というか、大なり小なり「自己中心的特殊規定」的方法で解釈するわけですからね。また、そう解釈しても、五感は正常に働きますし、日常生活に何ら支障はありません。

ただ、天文学者はそういう態度で見ないでしょうね。つまり、より普遍を求めるのが自然科学としての天文学の採るべき探求姿勢だと。例えば、ニュートン、ガリレオの相対原理をより普遍化したのがアインシュタインの相対性理論でした。そこで、私は、我々もアインシュタインのように、常に普遍化を求め続けるべきだ、と思っていました。それゆえ、このスレでも、そういう見方に沿って考えを述べるようにしていました。しかし、考えるに、後者が《極限状態の部分も含む》ことが異なるだけで、特に日常感覚を基準にすれば、前者で十分ではありますね。

その伝で行けば、仰せのことは、首尾一貫・自己完結していて、矛盾はないと思います。ただしそれは、限定された範囲内であてはまることで、無限定に通用するわけではありませんよね。ですから、少なくとも何らかの時間・空間に関する前提条件を付加してしかるべきと存じます。例えば、こうです。
①この法則は、地球と月の関係のみについて説明するもので、それ以外、例えば、地球と他の惑星、あるいは他の惑星とその衛星の関係などにまで敷衍するものではない。
②この法則は、月の自転が地球に対する公転と同期した時点から、月の離反速度がいわゆる第２宇宙速度（脱出速度）に達するまでの時間的枠内でのみ有効と見なされる。

補足

「地球-月系」に見られる同期自転現象は宇宙にあまねく広く一般的に見られる物理現象であるとして質問しています。
「地球-月系」だけに限定せず、より広い見地から御回答頂ければと思ってます。

月が自転停止している（同期自転している）というのはつまり、
月は「地球-月系」内で自転停止している → その「地球-月系」が自転している → なので月に自転現象が現れる → この月の自転現象は月そのものが自転しているのと全く同値に数理的に表現される。
何故かと言えば「地球-月系」が自転停止した月を含んで自転しているからです。

自転している系に属する全ての物には系による自転現象が表れます。（ただし系内で限定各部が相互に相殺される場合はそれら各部の現象は止まる）
このような月と違って地球の場合は「地球-月系」内で地球自身が自転しているゆえに、地球の自転現象には「地球-月系」の自転と地球自身の自転現象が複合して現れます。

これらを物理的・天文学的にどう解釈するかでしょうね。

直径1m厚さ1cmの平たい円盤がその重心を含み面と鉛直な軸を自転しているとしますね。
その円盤のどこかに直径10cmの円をマジックで書きます。
このマジックで書いた円は天文学的には同期自転しています・・・（地球の自転の影響は除外して）
このマジック円が月に当たります。直径1mの円盤が「地球-月系」に当たります。
実際にはマジック円は円盤内で自転していませんが、円盤が自転しているために自転現象がマジック円内で発生します。マジック円が１回円盤の重心を公転する間に１回自転しているように見えるわけですね。
ただし、この場合はマジック円の周囲にも円盤内の他の物体が存在しますので、それらの諸力が相殺され、マジック円内の各点の例えば遠心力は円盤の外側に向きます。
月の場合は周囲に物体が希薄なので月の各点の遠心力は、「地球-月系」の自転現象の表れとして、月の重心の外側に向きます。

回答No.16

Nakay702

地球と月の連星運動であることは確かですね。しかも、地球の潮汐運動の作用を強く受けて、公転の周期を同期させられている月は自前の力が何もないようにも見えますね。一方、年に数センチずつ地球から遠ざかっていて、遠い未来においては連星とは見えなくなるらしいなどという説を聞くと、途端に一体感は消えて、やはり別々に自立した慣性系同士であることを再認識せざるを得ません。

補足

私の考え方ですと、「地球-月系」で常に一定なのは、
１、系の質量
２、系の運動量
３、系内における月の自転の停止状態（＝ 同期自転）
４、その他
であって、地球と月の距離はその他には含まれません。

私の考え方の基本を下に簡略に書いておきますね。（ No15 で私の書いた補足の一部に小さな書き間違いがあったのでそれを訂正してます）

地球の重力のために、月の持つ「地球に対する」自回転成分が摩耗して消滅してしまった結果が月の同期自転ですね。
この時点で「地球-月系」内で月の自転は停止し、その後は月は慣性保存しながら【地球】の周りを公転している。（つまり自転停止した月を含んで「地球-月系」が自転している）
こういう場合には「地球-月系」が自転しているためにその内部の月にも自転現象が表れ、その月の見かけの自転は当然、「地球-月系」の自転と角速度が同じくなる。
これは月が１公転する間に１回自転するという言い方にもなる。

こういう見方では地球上の静止したサッカーボールは地球の周りを１回公転する間に１回自転し、そして地球上で回転しているサッカーボールはそれに加えてサッカーボールのその固有の自転が加算される・・・ つうことですかね。
ありがとうございました。

回答No.15

veryyoung

回答No.14ににいただいたコメントに関してです。

＞　月は角運動量、回転エネルギーを持つに至るのは当然のことで、もし月が何らかの理由で「地球-月系」から外れるようなことがあっても、離脱時の系の外部及び内部の諸力の影響を考えないのであれば、おっしゃる通りにそれら運動量は保存されます。

この事さえ同意いただければ十分です。
あなた様の観点も理解できます。

＞　地球上の静止したサッカーボールにそれ自身の固有の運動量がないと見做せる

地球との摩擦で駆動された、このサッカーボールの地軸に関する慣性モーメントは、地軸からの半径をR、サッカーボールの質量をM、ボール自体の中心軸周り慣性モーメントを Im とするとき、 M R^2 + Im となります。適切な仕掛けで地球との摩擦を断ち、地球の回転に伴うサッカーボールの自転を避ければ、慣性モーメントは、M R^2 に減少します。地表に固定された、サッカーボールは、地球と同期した自転によりIm に派生する固有の角運動量を持っている事になります。月の場合と同様です。

補足

地球の重力のために、月の持つ「地球に対する」自回転成分が摩耗して消滅してしまった結果が月の同期自転ですね。
この時点で「地球-月系」内で月の自転は停止し、その後は月は慣性保存しながら月の周りを公転している。（つまり自転停止した月を含んで「地球-月系」が自転している）
こういう場合には「地球-月系」が自転しているためにその内部の月にも自転現象が表れ、その月の見かけの自転は当然、「地球-月系」の自転と角速度が同じくなる。
これは月が１公転する間に１回自転するという言い方にもなる。

こういう見方では地球上の静止したサッカーボールは地球の周りを１回公転する間に１回自転し、そして地球上で回転しているサッカーボールはそれに加えてサッカーボールのその固有の自転が加算される・・・ つうことですかね。
ありがとうございました。

回答No.14

veryyoung

回答No.13ににいただいたコメントに関してです。
＞　それだと月の自転は「地球-月系」の自転が表現されている

「それだと」の論理展開が読み取れませんが、「地球-月系」「単独」の区別なく、いずれにしても月は自転しているという事です。突然地球を取り去っても、自転はそのまま継続します。

＞　月単独での固有の自転運動を力学的にしていない

「力学的に」は、自転による角運動量、回転エネルギを持っています。それらは地球を取り除いても、維持されます。

＞　同期自転している

決して月の回転エネルギ零が平衡点では無いということでしょう。地球の向きに月が同じ側を向けて公転する仮想構造の慣性モーメントを、平衡軸の定理で求める手順を想像してください（　I = M R^2 + Im　）。 １公転あたり１自転で月の慣性モーメント Im は単純和となります。もし月を空回りさせ自転を無くして、回転エネルギが蓄積されないようにすれば、加えるべき Im は零です。

補足

まず、「それだと」の意味ですが、No13の補足蘭内に書きました３行ともほぼ同じ意味のことを言ってまして、それら３行から読み取っていただければ、と思いました。
いわゆる「地球-月系」と、それを構成する一部である月の自転角速度が同じであり、且つ「地球-月系」内のどこにおいても（つまりは回答者さんがお書きになったように、地球と月を結ぶ仮想の構造物上のどこにおいても）自転角速度が同じとなれば、月の自転は「地球-月系」の自転に100％よるものであり、月の自転は月固有のものであるわけではなかろう・・・と考えるわけですが。
これまで繰り返してきたように、「地球-月系」が自転しているのであって、月が単独独立に固有の自転をしているわけではないとの考え方です。

過去から月が地球の重力により自転角速度を落として現在の同期自転に至ったという経緯も考え合わせれば、「月は自転していない」という言い方が合理性が高いかもしれませんよ。

しかしNo12の補足蘭に書きましたように、「地球-月系」内の月の部分は実際に測量学的には自転をしているので、月の自転として計測器等により明白に数値的に検出されるのは間違いないです。
従って月は角運動量、回転エネルギーを持つに至るのは当然のことで、もし月が何らかの理由で「地球-月系」から外れるようなことがあっても、離脱時の系の外部及び内部の諸力の影響を考えないのであれば、おっしゃる通りにそれら運動量は保存されます。
ただしこれは「地球-月系」の一部として月が持つに至った運動量等が系から分離したものであって、月が単独独立して固有に持っていたものではないですよ。
現在、月固有の本質的な運動量は消滅しています。（地球上の静止したサッカーボールにそれ自身の固有の運動量がないと見做せるのと同様に。自転しているのは地球です。）

総じてこういう考え方をしているのですが、お分かりになられますでしょうか。
それから私が力学や天体物理学を齧ったのは遥か昔のことでして、今回お書きになった回答の最後の段落の内容がよく分かりません。

回答No.13

veryyoung

回答No.12ににいただいたコメントに関してです。
＞　計器が「月の引力圏」の中にあるために・・

引力は関係しないと思います。

＞　これはいわゆる「月系」の自転を見ているにすぎず、私が指摘する「地球-月系」の自転を見ているのではないのでは？

その二つに角速度の違いはありません。地球と月を結ぶ仮想の構造物上のどこにジャイロスコープをずらしても角速度は同じ、約一か月あたり約360度ですよね。

補足

それだと月の自転は「地球-月系」の自転が表現されている・・・つうことになりますよ。
月には単に「地球-月系」の自転が表れててるにすぎず、月単独での固有の自転運動を力学的にしていないということになります。

月の自転角速度が今の2倍3倍であった頃はそれを月の自転であると言えましたが、同期自転している現在では「恐らくは月そのものの自転は既に停止している」のであろうと推論できることになるのでは？

回答No.12

veryyoung

遠心力は回転を示す平易な特徴として掲げたもので、現実に月の自転計測に応用するには、公転や引力の影響から、不向きでしょう。一方、コリオリの力に類する回転検出なら困難は無く、実用的装置はジャイロスコープです。月の赤道でも極でも地下でも同じ自転「角速度」を検出するでしょう。この角速度に「地球-月系」などの条件はなく、それは「月固有、月単独」の回転指標です。（しいて言えば全宇宙との相互作用による回転指標かも）
参考：
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B8%E3%83%A3%E3%82%A4%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%97

補足

本質的な説明ありがとうございます。
自分で色々考えて、「月は自転をしていない」という命題を否定する論法が大きく分けて二つほどあるよな・・・ と以前から考えていたのですが、じっくり考えてみると何れもその命題の否定を否定する理屈もありそうなので、悩んでました。
回答者さんの指摘はそのうちの一つです。

ともあれ月は実際に測量学的には自転をしているので、種々の計器を月に設置すれば計器が「月の引力圏」の中にあるために、月の自転が明白に数値的に検出されるのは間違いないです。
しかしこれはいわゆる「月系」の自転を見ているにすぎず、私が指摘する「地球-月系」の自転を見ているのではないのでは？

私の命題は、「地球-月系」が自転しているのであって月の自転はその自転運動の中に含まれるのであり、月そのものが自転しているわけではない・・・　つうものです。
地球の地表にサッカーボールやヘリコプターがあれば、サッカーボールやヘリコプターが静止していても、地球の自転がサッカーボールやヘリコプターに表れ、それらの物自体が自転しているように測量学的には計測されます。（地球の自転がそのまま現れます）
更にそこでサッカーボールやヘリコプタのそのものを回転させれば、地球の自転現象に加えてそれらの物自体の自転現象も加えて計器計測されるわけですね。（同期自転している月はそこまで行ってない）

改めて言えば、「地球-月系」が自転しているためにその中の一部である月も自転しているように見える、のでは？
もし「地球-月系」そのものにジャイロを設置できればそういう理屈が数値的に表れるのじゃないですかね。

回答No.11

veryyoung

回転運動と言うのは、他に基準を必要としない絶対的なものです。回転があれば、それ単独で遠心力やコリオリの力が生じます。また、月にフーコー振り子やジャイロなどの無回転基準を設ければ、他の天体運行との関係を指標としない絶対的自転が確かめられるでしょう。

補足

「遠心力やコリオリの力」は月面のどの地点においても生ずるのですか。
或いは月面から10Km下方などの地中でも同様に生じますか。
「地球-月系」の自転は月の自転と同期してますが、月面のどこにおいても「地球-月系」の遠心力やコリオリの力は生ずるのですか。

回答No.10

Nakay702

再々度補足を拝見しました。

地球にくっついているサッカーボールは、例えば、富士山があるのと原理的には同じで、月と同じではありませんよね。系外からの視点で見る実態は、（恒星レベルで言う）「地球と月の連星のような関係」でしかありません。主星の自転と伴星の公転周期が同期している例で、確かに特異なケースかも知れませんが、それでも、「地球-月系」の自転運動と見るのは不可能です。
実は、惑星間、惑星と衛星間、惑星や衛星と小惑星間などではこのような関係（整数比的同期）はよくあることなのです。1つの系に属する天体間には《軌道運動学的な規則性（「尽数関係」と言います）が成立する性質があるからです。単純な形の尽数関係として、１つの天体の公転周期と自転周期が整数比になるというのがあります。そして、そのうち《最もよく知られているのが、１：１の比になる月》です。ほかにも、例えば木星のガリレオ衛星も１：１の比になっています。もしも、月の場合を「地球-月系」の自転運動と見るなら、ガリレオの場合も「木星-ガリレオ系」の自転運動と見ることになりますが、そんなことは聞いたこともありません。仮にそうできるなら、他の（イオ、ガニメデなどの）衛星との関係はどう解釈することになるのでしょうか。複数の説明が同居することになります。つまり、あなたの言う《「地球-月系」の自転運動説は、帰謬法（背理法）的にも否定されざるを得ない、ということになります。

補足

出来ればこれまでに書いた他の方の回答への補足蘭もご覧になっていただきたいのですが、天体の同期自転はよく見られる現象でして、その特異な同期自転の自転角速度はそれぞれの天体によって千差万別のわけです。
これはある意味不自然でして、それら同期自転天体の自転角速度を総括してゼロであるとする方が力学的に合理性が高く、理論的に美しいです。

それから天体の「公転運動」というのは、公転する天体の相手方もまた、その天体に対して公転しており、二つは相互に相手方を公転しており、つまりそれは力学的にその二つの天体が系として自転していることに等しいのです。（つまり地球も月の周りを公転しており、それは地球-月系が自転しているのに等しい）
それを「公転運動」と呼びます。
この公転運動は別の天体との複合運動でもあるわけです。
例えば衛星を複数持つ惑星はそれぞれの衛星とそれぞれに公転運動を行っており、つまりはそれぞれの衛星と作る系がそれぞれに自転運動をしているのです。
衛星が10個あればそれらの衛星と10個の公転運動を母星である惑星がしており、そしてそれら10個の系が自転しており、そしてですね。
それら10個の系の運動の複合系が一つの系として天体運動しているのですよ。

太陽もしかりです。
全ての惑星と作る系がそれぞれに自転しており、それらの系の複合体として太陽の天体運動はあります。

回答No.9

Nakay702

再度、補足を拝見しました。
お言葉ですが、「（サッカーボールと地球の）この関係は地球と月の場合と大体同じ」ではありません。地球上で静止しているサッカーボールは、鉄アレイの場合よりもっとピッタリくっついているじゃありませんか。サッカーボールは地球にくっついて、地球の自転に伴って回りますが、月の場合は全然地球の自転とは関係ない動きをしているじゃありませんか。この情景を（どこから見て言おうが）、「地球が勝手に回っているだけで月は動かない。だから自転していない。」とは言えません。二体問題をそのような手法で解釈するためには、「月を中心とする地動説（天動説）」でも奉じるしかありません。

補足

地球対月と地球対サッカーボールは異なる状況ですが、地球（の重心）を中心とした公転とそのもの自体の自転との関係はほぼ似たようなものですよ。
その条件で、「宇宙のずっと遠方から見れば、サッカーボールは地球の（重心の）周りを24時間で1回公転すると同時に24時間で1回自転している」とするのですか。
という疑問なのです。
サッカーボールは同期自転しているのですか。

それから「地球が勝手に回っているだけで月は動かない。だから自転していない。」とは私は全然言ってませんけど。
サッカーボール同様に月は動いてます。月もサッカーボールも公転移動はしているが、自転運動はしていないのではないのか？と思わざるを得ないでいるのです。

月の自転運動のように見えるのは、実は「地球-月系」の自転運動を見ているのではないのか？というのが私の感覚なのですよ。
もし他にも何か気が付くことがありましたらご教授ください。

回答No.8

4500rpm

地軸のはるか上空からの視点で、月の動きを観察し、月の動きだけを捉えてみれば、月が自転していることはわかります。

補足

それは「地球-月系」の自転を見ているのであって、月固有の自転運動を見ているのではないのじゃないのか？つうのが私の感覚なのです。
この場合の「地球-月系」の自転とは地球と月がお互いに相手の重心の周囲を公転する運動のことです。