月の公転と地球の自転の関係

質問

月は地球の自転より遅いスピードで回っていますので、月によって引っ張られた海面は、月の真下より地球の回転方向（東側）にずれて一番盛り上がったピークがありますよね。その盛り上がった部分の引力に引っ張られるので、月の公転は徐々にスピードを上げて地球から遠ざかっており、反対に地球は反作用で自転が遅くなっている。だからいつかは、地球の自転と月の公転のスピードが一致して常に同じ場所に月が見える。

と聞いたことがありますが、本当でしょうか。また、火星のフォボスだったか火星の自転より早く公転しているので、いつか火星に落下する。という話も聞いたことがあります。でも、液体も無いのに上の様な現象が起こるのでしょうか？火星の地殻が膨張して地球の海と同じ状態になるからでしょうか。

そもそも、私の質問自体正解なのかどうなのかも、わかりません。どなたか詳しい方、教えていただけませんでしょうか。よろしくお願いします。

回答No.4

asuca

＞私の記憶だと引力と公転と自転の関係で、落下すると聞いたと思いました。

先の解答で書いた「どんな衛星もいつかは落下するか離れていく」と言うのはその辺の事を言っています。
衛星が回っているのは常に落ち続けているからです。
惑星の引力で落ちて行っているのですがそれと回ることによって生じる遠心力とのバランスが取れているのでずっと回っているように見えるんです。

よく科学館などに行くとそれを説明するモデルとしてじょうごのような形をした物の縁に沿って鉄球などを投げ込むとくるくると縁に沿って回りそのうち段々に中心の補王を回るようになり最後には穴に落ちていく、と言う物がありますね。

そこに他の外因（他の星の引力の影響や先の解答に書いたような要因）が加わると惑星に落ちたり離れていったりするんです。

回答No.3

o0o

「地球から宇宙へ」アイザック・アシモフ、山高昭訳 ハヤカワ文庫
の説明がわかりやすいと思います。この本によると、

潮汐が起こるのは、月が地球の両側に及ぼす重力が 7% 違っているためです。
地球の月に近い方は、強く引っ張られますので、水が集まります。
その反対側は、地球からの引力が最も弱いので、ここにも水が集まります。

地球が月に及ぼす影響はもっと強いため、月は回転エネルギーを発散し続けた結果、
地球に対して常に同じ面を向けるようになっています。

お礼

月が常に同じ面を向けることの新たな疑問が発生しました。いろいろ知らないことがたくさんあって、面白く感じています。アドバイスありがとうございます。

回答No.2

asuca

殆どのことはsesamiさんが答えられていますので、
「いつか火星に落下する」に付いて。

どんな衛星でもいずれは落下するか離れていくかのどちらかの道を取ります。

フォボスは火星表面に結構近いですのでごくごく希薄な大気がブレーキの役目を果たして落下の時間を早める可能性はあるでしょう。

たしか火星にフォボスが落下すると言ったのはソ連科学アカデミー（当時の）だったと記憶していますが
それを肯定する要素も否定する要素も今の所無いと思います。

お礼

確かに空気抵抗の影響もあると思いますが、私の記憶だと引力と公転と自転の関係で、落下すると聞いたと思いました。「丁度、指と紐でつながっている玉を、振り回すと紐が短くなって何れ指に巻き取られることと同じ」と説明されたと記憶しています。物理的な意味はよくわかりませんでしたが．．．。まだまだ完全に疑問は解決されませんが、ご回答ありがとうございました。

回答No.1

sesame

地球の自転が遅くなっているというのは本当です。1日の自転周期は100年ごとに1/1000秒ずつ長くなっています。
したがって、単純計算で約80億年後には地球の自転は完全に停まってしまうことになります。

また、月が地球から遠ざかっている、というのも本当です。こちらは100年で2mずつ軌道半径が拡大しています。

ただし、「月の公転が徐々にスピードを上げている」というのは間違いです。公転軌道が大きくなればなるほど（つまり地球から遠ざかるほど）公転のスピードは落ちるので、最終的に月は地球と同じ軌道要素をもった先行惑星として安定することになるはずです。

このような現象のメカニズムは地球と月との潮汐力で説明がつくと思います。地球の潮汐摩擦によって相殺された地球の回転モーメントが、月に渡されている、という関係ですね。
「月との最接近面より自転方向にずれた海水塊に月が引っぱられる」というモデルはちょっと違うような…。
地球の満潮面はあくまで月に向いた面で、満潮時刻が地域によってそれとずれるのは、潮の流れが間に合わない沿岸部・浅海部に限られた話ですから。

フォボスがいずれ火星に落下するという話は初めて聞きました。火星の衛星は二つとも火星の自転周期（11.18日）よりかなり速い（フォボス0.32日、ダイモス1.26日）というのは事実ですが。
フォボスもダイモスも捕獲惑星で、そのため離心率が高いというのは本当ですが、いずれ他惑星との摂動でまたふらふらと小惑星軌道に戻るもんだと思ってました。ちがうのかな？

お礼

地球の自転が遅くなる理由がよくわからないです。確かに単純計算では最後に自転が止まるとは思いますが、理由によってはその影響がなくなった自転で遅くなる事がなくなるのでは、ないかと思うのですがどうでしょう。

月のスピードの件ですが、ミールの様に減速させて地上に落下させるという行為と引力は距離の３乗に反比例して弱くなる。ということや、遠ざかるということは当然円周は長くなるわけですから、対地球の早退速度は速くなるけど、一周する時間は長くなるので、遅くなると表現されているのか、実際に対地球の相対速度が遅くなるのか今一納得のいくものがなくて、まだよくわかりません。

自分として少し調べたところ、潮汐で地球の固体部分と海が摩擦を起こし地球の自転が減速していて、反作用で月の公転速度が遅くなり半径が大きくなる。という文面をWeb上で見つけました。ここでも、２つ疑問はあります。摩擦を起こすのは自転回転方向に向かって前側（西側）の海水が引っ張られて（回転方向にブレーキをかけて）おこすと思われるのですが、でも反対側（東側）は回転方向に加速させるように摩擦が起きるので、相殺されるのではないか？ということと、地球の自転が遅くなる反作用でなぜ月の公転速度が遅くなるのか？．．．疑問はつきません。

回答ありがとうございました。