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月の自転と公転、なぜ同期(一致)する
地
球も月も宇宙に浮いた状態で存在しています、その月が地球に引き寄せられないのは、引力と遠心力で均等しているからではありません。遠心力は実在しません。また、潮汐力などで引っ張られてもいません<08をご覧ください>。
月が地球に落ちてこないのは、両者間の距離に合致した 極めて正確な周回速度(角速度)を月が守っているからです。引力は角速度に生まれ変わっています。
正確な周回速度は、月の公転の内側と外側で、当然ですが異なります。Bと比べて Aは2m/秒ほど高速で、Cは2m/秒ほど低速となっています。この速度差が周回する月に作用しています。
これは1時間で7km、1日で168kmの差がでます。月は構成物が固体なので変形はしませんので結果的に右回転の力が作用していることになります。ですが…
太
陽系で観測の可能な径の大きい23衛星は公転と自転が同期しています(2004年天文年鑑)、おそらく全ての衛星は同期しているものと思われます(逆周り公転は逆で同期)。
月も同様で左公転左自転1回ずつの要27日が同期のタイミングとなっています。
この同期に向かう力(仮に『公転自転同期の作用』とさせてください)は、右回りに働き続ける「公転速度差の作用」(上記説明のこと)を上回っているのでしょう。
月に働く角速度の違いをふまえて、公転する様子を図にしました。月が自転していないとすると、紫●は位置を保ちながら1、2、3 と進みます。
場所によって異なる角速度は 1、22、33 と移動しています。すると、2、3 の場所は持っている角速度の方向と大きさの両方をを持ち替えしなくてはなりません。
月に働く地球の引力はすべて角速度になっています、さらに、その力は月の重心(質点)の 1点に働くだけではありませんから。
月が自転せずに周回だけすれば、すべての場所の大きさの異なる角速度が月を1回転します。月が同期して1自転しながら周回すれば、大きさの異なる角速度は 月に対して0回転となります
自然運動は、より小さい方へ少ない方へと移るの鉄則です。
角速度矢印の方向変更は、公転している限り避けられません。
角速度の大小では、大きさが変わらないようにすれば 運動量が少なくなります。
上図の1・2・3を左回転させると、公転速度差の矢印と重なるのが眺められます。この回転作用が月に働きます。
これにより左自転速度が与えられると、最初の公転では同期自転速度(4.6m/s)の数万分の1であっても、それが自転速度として残ります。
次はその上に同様の作用が加算されます。その次も… かくして同期の自転速度が達成されます。
月の自転は 目的速度に達するまでの期間が過ぎれば 継続は更なる微力で済むことも同期の大きな理由でしょう。
月が前もって高速で左自転していたのであれば、それを遅い動きに修正するであろうと理解することも同様です。
「公転速度差の作用」や「公転自転同期の作用」は公転する天体全般で起きていて、自転が特別な起動理由を持たなければ、小さい方の天体の同期は避けられない動きとなるのでしょう。
連携する銀河が自転を始める
銀河同士が周回し合えば、同期そのものが全体自転の始まりとなります。加えて「公転速度差の作用」も起こりますから、周辺部において腕の伸び出し作用が考えられます。
2011.1.10
<追記>
自転と公転の同期は、意外と理解されていないようです。天体の観測技術が高度なレベルに達しないと、月以外の衛星や小天体の自転の動きは観測できなかった からでしょう。
そのせいで、月の同期も取り立てて問題にされなかったのでしょう。専門家には同期が常識であっても、一般人には「月は自転していない」が信じられていたようです。
しかし専門家にも同期の原因が分からなかったので、「月は自転していない」を正すことができなかった。だからほっぽっていた。これが真相でしょう。
現在でもその原因は明らかにされておらず、「角運動量保存説」や「起き上がりダルマ説」や「月変形説」や「潮汐力影響説」や「自転していない説」などがネットで飛び交っています。
お子様向けの現状理解の方法として、これを お試しくださ。
1.お母さんとお子さんが両手を取り合って立ちます。
2.そのまま子供は横歩きでお母さんを回ります。
3.お母さんは位置を変えずに足踏みで子供に添って自転します。
4.両者は常に正面で向き合って顔を見ています。
5.でも、両者が見る部屋の風景は変化します。
6.部屋の風景が変わるのはなぜでしょうか。
とりあえず「自転していない説」だけは誤りだと お子さんに理解してもらうことです。
7.同様の出来事が太陽と地球にもあります。地球の1回転は24時間-4分=23時間56分が正解で、これは恒星時間といいます。地球の正午(太陽の南中)は太陽を周回するに連れて1年で地球を1周しています、よってその分の減算が必要、が理由ですね。
<追記 2>
アポロの月探査隊が月面で頻繁に起こる小さな地震を観測しています。
月は地球への公転に自転が同期していますが、太陽を地球と共に公転する365日に月が同期しようとすれば、地球への27日ぶんの同期が損なわれることになります。
ですが月にとって、地球からの作用が遥かに大きいため、太陽からの作用は微地震の原因とはならないでしょう。
考えられるのは、地球が月に及ぼす、公転自転同期の作用と公転速度差の作用のせめぎあいではないでしょうか。
月に多量の水はありません、マグマもありません、公転速度差の作用が月表面の砂礫や岩石に作用しても動くことはありません、しかし 反対回りの公転自転同期の作用と喧嘩して、目に見えないほど小さいブレが起きているのではないでしょうか。
土星の衛星イオの噴火は有名ですが、親惑星が木星や土星のように巨大であれば、その衛星が受ける作用の喧嘩も強大ですから噴火の原因になるかもしれません。
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