Khóa thủy triều – Wikipedia tiếng Việt

Kết quả của hiện tượng khóa thủy triều khi Mặt Trăng quay quanh Trái Đất, thời hạn để quay quanh trục bằng với thời hạn quay quanh Trái Đất. Bỏ qua hiệu ứng giao động quanh trục, tác dụng là một mặt của Mặt Trăng luôn hướng về Trái Đất, theo như hình vẽ bên trái. Nếu Mặt Trăng trọn vẹn không quay, nó sẽ cho ta thấy mặt gần và mặt xa khi quay quanh Trái Đất, điều này biểu lộ ở hình bên phải . A side view of the Pluto-Charon system. Sao Diêm Vương và Charon khóa thủy triều với nhau. Charon đủ lớn nên khối tâm của hệ nằm ngoài Sao Diêm Vương ; do đó Sao Diêm Vương và Charon nhiều lúc được coi là một mạng lưới hệ thống sao đôi .

Khóa thuỷ triều (hay còn gọi là khóa trọng lực hay đồng bộ chuyển động quay) xảy ra khi mà gradient trọng lực hay lực thủy triều làm cho một bán cầu của một thiên thể đang quay luôn hướng về phía thiên thể đồng hành với nó. Hiệu ứng này còn được biết đến như sự đồng bộ chuyển động quay. Một thiên thể bị khóa thủy triều sẽ quay quanh trục của nó như quay quanh thiên thể đồng hành. Một ví dụ điển hình là một mặt của Mặt Trăng luôn hướng về phía Trái Đất. Thông thường, chỉ có vệ tinh tự nhiên bị khóa thủy triều vào thiên thể lớn hơn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp nếu cả hai thiên thể có khối lượng tương đương và khoảng cách giữa hai thiên thể đủ nhỏ, chúng có thể bị khóa thủy triều vào lẫn nhau; đó là trường hợp của Sao Diêm Vương và mặt trăng Charon. Hiệu ứng này còn được sử dụng với mục đích ổn định các vệ tinh nhân tạo.

Cơ chế hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Nếu chỗ phình thủy triều của thiên thể không thằng hàng với trục chính, lực thủy triều sẽ tác động mô men xoắn lên thiên thể làm cho thiên thể bị vặn theo hướng làm cho thẳng hàng.

Sự biến hóa của chu kỳ luân hồi tự quay là điều thiết yếu để một thiên thể B bị khóa thủy triều vào thiên thể A, nguyên do bắt nguồn từ việc mô men xoắn tác động ảnh hưởng vào trọng tải của thiên thể A tại một vùng phình ra trên thiên thể B do lực thủy triều. [ 1 ]Trọng lực của thiên thể A tạo ra một lực thủy triều lên thiên thể B, làm méo hình dáng cân đối trọng tải trên thiên thể B, làm cho nó bị méo dọc theo trục hướng về thiên thể A, và được giảm nhẹ theo hướng vuông góc với trục này. Sự giãn này được biết đến như là chỗ phình thùy triều. [ 2 ] Khi mà B chưa bị khóa thủy triều, chỗ phình thủy triều sẽ chuyển dời trên khắp mặt phẳng thiên thể, với một hoặc hai chỗ phình thủy triều có chiều cao lớn luôn vận động và di chuyển gần với điểm mà gần thiên thể A ở trên đầu. Với những thiên thể lớn mà có hình dạng gần với hình cầu do trọng tải của bản thân thiên thể, sự méo do thủy triều làm cho hình cầu bị dài ra, ví dụ như hình elip bị lê dài theo trục chính của nó. Các thiên thể nhỏ cũng bị kéo dãn, dù việc kéo dãn này ít hơn .Vật chất của thiên thể B có xu thế chống lại sự biến hóa hình dạng định kỳ gây ra bởi lực thủy triều. Một vài hiệu ứng phụ thiết yếu để tạo hình lại thiên thể B, đưa về trạng thái cân đối trọng tải. Trong thời hạn này, hoạt động quay của thiên thể B làm chỗ phình thủy triều vận động và di chuyển ra xa trục nối A-B. Khi đứng tại một điểm thuận tiện trong khoảng trống, điểm mà chỗ phình thủy triều lan rộng ra ra lớn nhất bị dịch từ trục hướng tới A. Nếu B có chu kỳ luân hồi quay ngắn hơn chu kỳ luân hồi quay quanh A, chỗ phình thủy triều sẽ ở phía trước của trục hướng tới A theo chiều quay của B, ngược lại nếu B có chu kỳ luân hồi quanh nhỏ hơn, chỗ phình sẽ lùi ở phía sau .Vì chỗ phình này bị dịch khỏi trục nối A-B, vì vậy lực kéo từ A sẽ tạo ra mô men xoắn tại B. Mô men xoắn tại chỗ phình hướng mặt về A sẽ làm cho hoạt động quay của B có chu kỳ luân hồi bằng với chu kỳ luân hồi quay quanh A, trong khi chỗ phình ở mặt sống lưng, nơi hướng ra xa A, sẽ có tác động ảnh hưởng ngược lại. Tuy nhiên, do chỗ phình thủy triều mà mặt hướng về A ở gần A hơn chỗ phình thủy triều mặt sống lưng của nó vì vậy lực thủy triều và mô men xoắn lớn hơn. Tổng hợp mô men xoắn của cả hai chỗ phình thủy triều sẽ có khuynh hướng làm cho chu kỳ luân hồi hoạt động quay của B đồng điệu với chu kỳ luân hồi hoạt động trên quy đạo của A, dẫn tới việc bị khóa thủy triều .

Sự đổi khác về quỹ đạo[sửa|sửa mã nguồn]

Do mô men quay của cả hệ A-B được bảo toàn trong suốt quy trình, vì vậy khi thiên thể B quay chậm lại và mất dần mô men quay đi một lượng nào đó, thì mô men quay của hoạt động quanh quỹ đạo lại được tăng lên đúng bằng lượng mà mô men quay của B bị mất đi. Kết quả dẫn tới việc vận tốc B quay quanh A tăng lên đồng thới với việc giảm vận tốc quanh quanh trục của B. Trong một trường hợp khác khi mà B mở màn quay quá chậm, thì hiện tượng khóa thủy triều sẽ tăng vận tốc quay quanh trục và giảm vận tốc quay quanh quy đạo .

Khóa thủy triều của những thiên thể lớn[sửa|sửa mã nguồn]

Hiện tượnh khóa thủy triều cũng xảy ra khi thiên thể A lớn hơn, nhưng với vận tốc chậm hơn vì tác động ảnh hưởng mê hoặc của thiên thể B yếu hơn do khối lượng của thiên thể B nhỏ hơn. Ví dụ, quy trình quay quanh trục của Trái Đất dần bị Mặt Trăng làm chậm lại, bởi một số ít trở nên đáng kể theo thời hạn địa chất như được bật mý trong những tài liệu hóa thạch. [ 3 ] Các ước tính hiện tại là điều này ( cùng với tác động ảnh hưởng thủy triều của Mặt Trời ) đã giúp lê dài ngày của Trái Đất từ ​ ​ khoảng chừng 6 giờ đến 24 giờ ở hiện tại ( hơn khoảng chừng ⁠ 4,5 tỷ năm ). Hiện tại, đồng hồ đeo tay nguyên tử cho thấy ngày của Trái Đất dài ra, trung bình cứ khoảng chừng 2,3 mili giây trong mỗi thế kỷ. [ 4 ] Nếu đủ thời hạn, điều này sẽ tạo ra hiện tượng khóa thủy triều giữa Trái Đất và Mặt Trăng. Độ dài ngày Trái Đất sẽ tăng lên và độ dài một tháng âm lịch cũng sẽ tăng lên. Cuối cùng, ngày sao của Trái Đất sẽ cùng độ dài với chu kỳ luân hồi quỹ đạo của Mặt Trăng, khoảng chừng 47 lần độ dài ngày Trái Đất lúc bấy giờ. Tuy nhiên, Trái Đất được cho là sẽ không bị khóa thủy triều với Mặt Trăng trước khi Mặt Trời trở thành sao khổng lồ đỏ và nuốt chửng cả Trái Đất và Mặt Trăng. [ 5 ] [ 6 ]Đối với những thiên thể có cùng size, hiện tượng này hoàn toàn có thể so sánh cho sự tương tự này của cả hai thiên thể và chúng hoàn toàn có thể trở nên bị khóa thủy triều với nhau trong khoảng chừng thời hạn ngắn hơn nhiều. Một ví dụ là hành tinh lùn Sao Diêm Vương và vệ tinh Charon của nó. Chúng đạt đến trạng thái này khi Charon chỉ hoàn toàn có thể nhìn thấy ở một bán cầu của Sao Diêm Vương và ngược lại. [ 7 ]

Cộng hưởng tự quay – quỹ đạo[sửa|sửa mã nguồn]

Đối với quỹ đạo không có độ lệch tâm bằng không, vận tốc tự quay có xu thế bị khóa với vận tốc quỹ đạo khi thiên thể nằm gần cận điểm quỹ đạo, đây là điểm gây ra tương tác thủy triều mạnh nhất giữa hai thiên thể. Nếu thiên thể quay quanh này có thiên thể sát cánh, thiên thể thứ ba này hoàn toàn có thể làm cho vận tốc tự quay của thiên thể mẹ bị đổi khác kiểu giao động. Sự tương tác này cũng hoàn toàn có thể làm tăng độ lệch tâm quỹ đạo của thiên thể quay quanh thiên thể chính. [ 8 ]

Trong một số trường hợp quỹ đạo lệch tâm với ảnh hưởng thủy triều tương đối yếu, thiên thể nhỏ hơn có thể rơi vào mức được gọi là cộng hưởng tự quay-quỹ đạo, chứ không phải bị khóa thủy triều. Ở đây, tỷ lệ giữa chu kỳ tự quay với chu kỳ quỹ đạo của một thiên thể đơn thuần chỉ khác với cộng hưởng 1:1. Một trường hợp nổi bật chính là sự tự quay của Sao Thủy, nó bị khóa với quỹ đạo của riêng nó xung quanh Mặt Trời nằm gọn trong cộng hưởng 3:2.

Nhiều ngoại hành tinh ( đặc biệt quan trọng là những hành tinh nằm gần ngôi sao 5 cánh chủ của chúng ), được cho là sẽ nằm trong cộng hưởng tự quay-quỹ đạo lớn hơn 1 : 1. Ví dụ, một hành tinh đất đá giống Sao Thủy hoàn toàn có thể bị rơi vào mốt cộng hưởng tự quay-quỹ đạo 3 : 2, 2 : 1 hoặc 5 : 2, cùng với Xác Suất của mỗi hành tinh nhờ vào vào độ lệch tâm quỹ đạo của chúng. [ 9 ]

Sự Open ở những thiên thể[sửa|sửa mã nguồn]

Các vệ tinh tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]

Hầu hết những vệ tinh tự nhiên lớn trong Hệ Mặt Trời, nhất là những vệ tinh dạng cầu do lực mê hoặc, đều bị khóa thủy triều với những hành tinh mẹ của chúng, bởi chúng quay quanh hành tinh rất gần và lực thủy triều tăng nhanh ( như một hàm khối ) với khoảng cách giảm dần. [ 10 ] Các trường hợp ngoại lệ đáng quan tâm là những vệ tinh dị hình nằm bên ngoài của những hành tinh khí khổng lồ ( nổi bật như Phoebe ) quay trên quỹ đạo xa hơn nhiều so với những vệ tinh lớn .Sao Diêm Vương và Charon là ví dụ nổi bật về những thiên thể bị khóa thủy triều. Charon là một vệ tinh tương đối lớn so với hành tinh mẹ của nó và cũng có quỹ đạo rất gần. Điều này dẫn đến việc Sao Diêm Vương và Charon bị khóa thủy triều với nhau. Bốn vệ tinh còn lại của Sao Diêm Vương không bị khóa thủy triều, chúng đều quay quanh Sao Diêm Vương rất hỗn loạn do ảnh hưởng tác động mê hoặc của Charon .Các vệ tinh quay quanh tiểu hành tinh bị khóa thủy triều hầu hết chưa được biết đến, nhưng những tiểu hành tinh đôi có quỹ đạo gần nhau được cho là sẽ bị khóa thủy triều ngặt nghèo .
Chu kỳ tự quay và chu kỳ luân hồi quỹ đạo của Mặt Trăng của Trái Đất bị khóa thủy triều với nhau, vì thế bất kể khi nào Mặt trăng được quan sát từ Trái Đất, người ta luôn chỉ nhìn thấy một bán cầu của Mặt Trăng. Người ta không hề nhìn thấy phía ngoài cùng của Mặt Trăng cho đến năm 1959, khi những bức ảnh chụp phần đông phía ngoài cùng được triển khai từ tàu vũ trụ Luna 3 của Liên Xô .Khi Trái Đất nhìn từ Mặt Trăng, Trái Đất có vẻ như không hoạt động ngang qua khung trời mà có vẻ như vẫn ở nguyên vị trí cũ và tự quay quanh trục của chính nó .Mặc dù chu kỳ luân hồi quay và quỹ đạo của Mặt Trăng bị khóa thủy triều đúng mực, khoảng chừng 59 % tổng mặt phẳng của Mặt Trăng hoàn toàn có thể nhìn thấy với những quan sát tiếp nối từ Trái Đất, do hiện tượng hiệu chỉnh và thị sai. Sự hiệu chỉnh này phần nhiều xảy ra bởi vận tốc quỹ đạo của Mặt Trăng bị biến hóa do độ lệch tâm quỹ đạo của nó cao : điều này được cho phép nhìn thấy được thêm mặt phẳng ở khoảng chừng 6 ° dọc theo chu vi của nó từ Trái Đất. Thị sai là một hiệu ứng theo hình học : ở bề mặt Trái Đất, tất cả chúng ta bị lệch khỏi đường thẳng qua TT của Trái Đất và Mặt Trăng, và vì điều này tất cả chúng ta hoàn toàn có thể quan sát thêm một chút ít ( khoảng chừng 1 ° ) xung quanh một mặt của Mặt Trăng khi nó ở trên chân trời cục bộ của tất cả chúng ta .

Các hành tinh[sửa|sửa mã nguồn]

Trong một khoảng chừng thời hạn nào đó, người ta cho rằng Sao Thủy quay đồng nhất với Mặt Trời. Điều này là do bất kể khi nào Sao Thủy được đặt ở vị trí tốt nhất để quan sát, thì một mặt hướng vào Mặt Trời. Thay vào đó, những quan trắc bằng radar vào năm 1965 đã cho thấy Sao Thủy có cộng hưởng tự quay-quỹ đạo 3 : 2, tức là Sao Thủy quay ba lần trong hai vòng quỹ đạo quanh Mặt Trời, dẫn đến cùng một vị trí tại những điểm quan sát đó. Mô hình hóa đã chứng tỏ rằng Sao Thủy rơi vào cộng hưởng tự quay-quỹ đạo 3 : 2 rất sớm trong lịch sử dân tộc của hành tinh này, trong vòng 20 triệu năm ( hoặc năng lực nhất là 10 triệu năm ) sau khi hình thành. [ 11 ]Khoảng thời hạn 583,92 ngày trong những lần tiếp cận gần nhau liên tục giữa Sao Kim với Trái Đất, là bằng 5,001444 ngày mặt trời trên Sao Kim, khiến cho mỗi lần tiếp cận gần nhất đều hoàn toàn có thể nhìn thấy cùng một mặt của Trái Đất. Liệu mối liên hệ này là vô tình hay là tác dụng của một dạng khóa thủy triều nào đó với Trái Đất chưa được biết đến. [ 12 ]Ngoại hành tinh Proxima Centauri b, được phát hiện quay quanh sao Proxima Centauri năm năm nay, gần như là năng lực bị khóa thủy triều, cũng biểu lộ sự quay đồng điệu hoặc cộng hưởng tự quay-quỹ đạo 3 : 2 giống với Sao Thủy. [ 13 ]
Các sao đôi nằm gần nhau trong thiên hà được cho là sẽ bị khóa thủy triều với nhau và những ngoại hành tinh được tìm thấy quay trên quỹ đạo đồng điệu của chúng cực gần cũng được cho là bị khóa thủy triều với chúng. Một ví dụ cho sự không bình thường này hoàn toàn có thể là Tau Boötis, một ngôi sao 5 cánh có năng lực bị hành tinh Tau Boötis b của nó khóa thủy triều. [ 14 ] Nếu vậy, việc khóa thủy triều gần như năng lực chúng hoạt động qua lại. [ 15 ] [ 16 ] Tuy nhiên, vì những ngôi sao 5 cánh là thiên thể dạng khí hoàn toàn có thể quay vi sai ở từng vĩ độ khác nhau, nên hành tinh hoàn toàn có thể bị khóa thủy triều với từ trường của Tau Boötis .

Thời gian xảy ra khóa thủy triều[sửa|sửa mã nguồn]

Một ước tính về thời hạn so với một thiên thể bị khóa thủy triều hoàn toàn có thể sử dụng theo công thức : [ 17 ]

t lock ≈ ω a 6 I Q 3 G m p 2 k 2 R 5 { \ displaystyle t_ { \ text { lock } } \ approx { \ frac { \ omega a ^ { 6 } IQ } { 3G m_ { p } ^ { 2 } k_ { 2 } R ^ { 5 } } } }

Trong đó

Q

{\displaystyle Q}

và

k

2

{\displaystyle k_{2}}

thường rất ít được biết đến ngoại trừ Mặt Trăng của Trái Đất, khi có

k

2

/

Q
=
0.0011

{\displaystyle k_{2}/Q=0.0011}

. Để tính thực sự thô sơ, thông thường sẽ lấy

Q
≈
100

{\displaystyle Q\approx 100}

(thận trọng hơn, có thể đưa ra thời gian bị khóa thủy triều), và

k 2 ≈ 1.5 1 + 19 μ 2 ρ g R, { \ displaystyle k_ { 2 } \ approx { \ frac { 1.5 } { 1 + { \ frac { 19 \ mu } { 2 \ rho gR } } } }, }

Trong đó

• ρ { \ displaystyle \ rho \, }
• g ≈ G m s / R 2 { \ displaystyle g \ approx Gm_ { s } / R ^ { 2 } }hấp dẫn bề mặt của vệ tinh,
• μ { \ displaystyle \ mu \, }10 N·m−2 đối với những thiên thể đất đá và 4×109 N·m−2 đối với những thiên thể băng.

Ngay cả khi biết kích thước và khối lượng riêng của vệ tinh cũng để lại nhiều tham số phải được ước tính (đặc biệt là ω, Q và μ), do đó bất kỳ thời gian nào bị khóa thủy triều đã được tính toán dự kiến thu được sẽ không đúng, thậm chí ngay cả đến hệ số 10. Hơn nữa, trong giai đoạn bị khóa thủy triều, bán trục lớn

a

{\displaystyle a}

có thể khác nhau đáng kể so với bán trục lớn được quan trắc ngày nay bởi gia tốc thủy triều sau đó và thời gian khóa thủy triều cực kỳ bị ảnh hưởng với giá trị này.

Vì sự không chắc chắn rất cao, các công thức trên có thể được đơn giản hóa để tạo ra một công thức bớt rườm rà hơn. Bằng cách giả định rằng vệ tinh có dạng cầu,

k

2

 
l
l
1

Q
=
100

{\displaystyle k_{2}\ ll1\,Q=100}

và có thể đoán ra một vòng quay ở trạng thái không bị khóa lúc đầu cứ mỗi 12 giờ (hầu hết các tiểu hành tinh có chu kỳ tự quay trong khoảng 2 giờ và 2 ngày)

t lock ≈ 6 a 6 R μ m s m p 2 × 10 10 years, { \ displaystyle t_ { \ text { lock } } \ approx 6 \ { \ frac { a ^ { 6 } R \ mu } { m_ { s } m_ { p } ^ { 2 } } } \ times 10 ^ { 10 } \ { \ text { years } }, }[cần dẫn nguồn]

với khối lượng được tính bằng kilôgram, khoảng cách được tính bằng mét và

μ

{\displaystyle \mu }

tính bằng newton trên mét vuông;

μ

{\displaystyle \mu }

có thể cho bằng 3×1010 N·m−2 đối với thiên thể đất đá và 4×109 N·m−2 đối với thiên thể băng giá.

Có một sự nhờ vào cực lớn vào bán trục lớn a { \ displaystyle a } .Để gây ra hiện tượng khóa thủy triều giữa thiên thể chính với vệ tinh của nó như trong trường hợp Sao Diêm Vương, những thông số kỹ thuật của vệ tinh và thiên thể chính hoàn toàn có thể bị hoán đổi .

Một kết luận là, những đại lượng khác bằng nhau (chẳng hạn như

Q

{\displaystyle Q}

và

 
m
u

{\displaystyle \ mu}

), một vệ tinh lớn sẽ khóa nhanh hơn một vệ tinh nhỏ hơn tại cùng một khoảng cách tính từ hành tinh trên quỹ đạo vì

m

s

{\displaystyle m_{s}\,}

tăng như khối bán kính

R

{\displaystyle R}

của vệ tinh. Một ví dụ cho điều này là trong hệ thống Sao Thổ, vùng mà vệ tinh Hyperion không bị khóa thủy triều, trong khi Iapetus to lớn quay ở khoảng cách xa hơn. Tuy nhiên, điều này không được rõ ràng vì Hyperion cũng trải qua cảm giác lái mạnh từ Titan nằm gần đó, điều này khiến cho nó tự quay đảo lộn.

Các công thức trên đối với mốc thời gian khóa thủy triều có thể bị dừng lại bởi sắp xếp theo cường độ, vì chúng bỏ qua sự phụ thuộc vào tần số của

k

2

/

Q

{\displaystyle k_{2}/Q}

. Quan trọng hơn, các công thức này có thể không áp dụng được với các thiên thể đôi có tính đàn hồi cao (như sao đôi, hoặc tiểu hành tinh đôi bị vụn nát), bởi động lực học tự quay-quỹ đạo của các thiên thể như vậy được xác định chủ yếu bởi độ đàn hồi của chúng chứ không phải độ cứng.[18]

Danh sách những thiên thể bị khóa thủy triều[sửa|sửa mã nguồn]

Trong Hệ Mặt Trời[sửa|sửa mã nguồn]

Khóa thủy triều với Mặt Trời

Khóa thủy triều với Trái Đất

Khóa thủy triều với Sao Hỏa

Khóa thủy triều với Sao Mộc

Khóa thủy triều với Sao Thổ

Khóa thủy triều với Sao Thiên Vương

Khóa thủy triều với Sao Hải Vương

Khóa thủy triều với Sao Diêm Vương

• Charon[7] (Sao Diêm Vương tự khóa với Charon)

Ngoài Hệ Mặt Trời[sửa|sửa mã nguồn]

• Tau Boötis b (quỹ đạo của hành tinh nằm gần ngôi sao chủ của nó và bị khóa thủy triều)

Danh sách những thiên thể gần như bị khóa thủy triều[sửa|sửa mã nguồn]

Trong Hệ Mặt Trời[sửa|sửa mã nguồn]

Có khả năng khóa thủy triều với Sao Thổ

Có khả năng khóa thủy triều với Sao Thiên Vương

Có khả năng khóa thủy triều với Sao Hải Vương

Ngoài Hệ Mặt Trời[sửa|sửa mã nguồn]

• Hệ Gliese 581: c,[25] g,[26][27] b,[28] và e[29] có thể khóa thủy triều với ngôi sao chủ. Còn hành tinh d hầu như có thể rơi vào cộng hưởng tự quay-quỹ đạo 2:1 hoặc 3:2 với ngôi sao.[30]
• Hệ TRAPPIST-1: tất cả các hành tinh trong hệ này có khả năng bị khóa thủy triều với sao chủ.[31][32]

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học