いつも同じ面を向けている惑星の距離限界

質問

用語がよく分からないので、質問が明確になりにくいかもしれません。
月はいつも同じ面を向けているのは、地球との距離と重力のせいです。しかし地球は太陽に対して同じ面を向けていません。この2つには差異があるわけです。この距離重力限界はどう考えられるのでしょうか？なにか用語定説があるのでしょうか？

回答No.2

Tacosan · ベストアンサー

惑星系や衛星系 (って表現あるのか? 「ある惑星とその周りを公転する衛星からなる系」ってことで) に限定します. ついでに, 「十分な時間が存在する」ことも仮定しときます.
この場合, 質量分布にムラがあれば系によって必要な時間が異なるものの, 基本的には自転と公転が同期するように系が進化します. その原動力は系の物体間に働く (引力に基づく) 潮汐力です.
例えば, 現在月は地球に対し (ほぼ) 同じ面を向けていますが, これは地球の潮汐力によって月の自転と公転が同期した結果によります. つまり, はじめは自転と公転の周期が違っていたんだけど, 潮汐力によって「重い面を地球に向ける」ようになった結果, 自転と公転が同期したわけです.
同じように, 今地球の自転がゆっくりになっているのは月の潮汐力のせいです. 月の潮汐力によって地球の自転モーメントが月の公転モーメントに変換され, その結果「地球の自転はよりゆっくりに, 月の公転も (地球からモーメントをもらって遠ざかることにより) よりゆっくりに」なります (月の公転がゆっくりになると, 今度は地球の潮汐力のため月の自転もゆっくりになります). で, 最終的には地球の自転周期も月の公転周期と同じになり, 地球と月は互いに同じ面を向けあう (→互いに相手から受ける潮汐力が 0 になる) ということになります.
が, 話はこれで終わりません. なぜなら, この時点では「地球の自転と公転が同期しない」からです. つまり, 地球に対して「太陽の潮汐力」が働くことになります (厳密にいえば, 「この時点より前」で太陽の潮汐力の方が月の潮汐力より大きくなりますが). ということで, 今度は地球の自転が公転に同期するように系が進化します. つまり, さらに地球の自転はゆっくりになります.
こうなると, 今度は月の潮汐力が「地球の自転を速くする」方向に働きます. この力は残念ながら太陽の潮汐力より弱いので月の努力も無駄に終わるんですが, その副作用として「(月の自分の公転モーメントを地球の自転モーメントとして渡すため) 月が徐々に地球に近づく」という効果も与えます. つまり, 「ある時点からは (今と異なり) 月が地球に近づく」ということになります. そして, 最後には月が地球に衝突する... ことはなくって, 月が潮汐破壊されてこの過程は終焉を迎えます. つまり, 地球には (月由来の) 環ができるようになります.
実際には, そこまで進化する前に太陽の寿命が尽きるんですが. なお, 最近の計算だと地球は (ぎりぎり) 太陽に飲み込まれることはないはず.

お礼

ありがとうございます。大変勉強になりました。3体問題的な面もあるんですね。将来太陽も絡んでくるとは！

回答No.1

chie65536

「見かけの月」は、一見、いつも同じ面を向けていますが、微妙に振動しています。

これは「自転と公転が同期しつつある状態」ですが「過去に遡ると、太古の昔は月がもっと早く自転していて同じ面を向けてなかったが、自転がだんだん遅くなり、自転と公転が同期する方向へと変化してきた、という可能性」を示しています。

月の内部密度は均一ではありませんから、密度が高い方が重力の方向、つまり地球の方向に引っ張られます。その結果、密度が高い方を常に地球に向ける（言い替えれば、自転と公転が同期する）事になります。

これは「月と地球」の間だけに限った話ではありません。「地球と太陽」の間にも起きます。

観測によると「地球の自転速度は少しづつ遅くなっている」そうで、潮汐による海水の摩擦、密度のムラによる重力の影響があると言われています。

これは、人間が想像も出来ないくらい長い時間が経つと、地球も自転と公転が同期していつも同じ面を太陽に向けている、と言う状態になるだろう、と言う事です（そうなる前に太陽が巨星化して地球を飲み込んじゃうかもしれませんが）

結論から言うと「どんな天体も、自転と公転が同期してない状態から、自転と公転が同期している状態へと、移り変わっていってるのではないか」と言う事。

つまり、距離や重力の違いから起きる差異ではなく「変化する過程のある１点を観測している時の、過程の途中を見ているか、過程の最後の方を見ているか、の差異」しか無いのではないかと思います。

言いかえれば「大きさが違うだけで、全く同じ条件で回転するコマの、勢い良く回っている時点（地球）と、勢いが無くなり止まりかけの時点（月）とを見比べてるだけ」でしょう。

コマも、大きければ回っている時間が長いし、小さければ回っている時間が短くなります。

地球と月が同時期に形成され双方とも同じくらいの回転数で自転し始めたとしても、大きさの違いで「回転し始めてから勢いが落ちて回転が止まるまでの時間」が異なります。

２つのコマを同時に回し始めても、どっちかが先に止まってしまいます。地球と月の２つで、先に止まりそうになったのが月だったってだけの話なのでは？

お礼

ありがとうございます。
絶対的な境界
のある問題ではないということが理解できました。