Почему Земля и Луна расходятся, а двойные черные дыры сближаются?

16

Согласно принятому ответу на вопрос: движется ли Луна дальше от Земли и ближе к Солнцу? Почему? Луна отступает от Земли, потому что приливные силы и трение приводят к потере энергии.

Однако, согласно веб-сайту LIGO ,

Поскольку две массы вращаются вокруг друг друга, их орбитальные расстояния уменьшаются

поскольку они теряют энергию, излучающую вдохновляющие гравитационные волны .

Почему тела раздвигаются в случае Земли-Луны, но ближе друг к другу в случае черной дыры?

Если оба противоположных явления присутствуют, но в обоих случаях сильнее другое, что определяет судьбу системы?

— Gnubie
источник

Возможно, вы неправильно поняли ответ на связанный вопрос. Ответ говорит вам, что приливные силы и трения переносят энергию от Земли (от углового момента от ее вращения вокруг своей оси) и передает ее на Луну (в форме орбитального углового момента). Энергия не теряется (почти всегда). Это просто преобразовано и транспортировано вокруг. Гравитационные волны отбирают орбитальные угловые моменты из двойной системы, что заставляет их двигаться на более узкую орбиту, хотя все еще разумно спросить, почему то же преобразование Земля-Луна не компенсирует / не применяется.

— Зибадава Тимми

1

@zibadawatimmy должен быть ответом

— Роб Джеффрис

1

@RobJeffries В моей голове есть эта техническая деталь, которую я не могу решить, из-за которой я не хочу на самом деле претендовать на ответ: может ли быть достаточно вращательного импульса от вращающейся черной дыры, и может ли он быть преобразован в орбитальный угловой момент (для другая черная дыра), со скоростью, достаточной для того, чтобы фактически развязать систему (несмотря на гравитационные волны)? Я понимаю, что существует конечное количество вращательного импульса, поэтому, если система остается связанной, в конечном итоге гравитационные волны побеждают, и начинается вдохновение ... но может ли оно стать несвязанным? Я не могу понять, это простой или сложный вопрос.

— Зибадава Тимми

1

Понял! Причина, по которой луна отступает, заключается в том, что она вращается в том же направлении, в котором вращается Земля, и Земля не привязана к луне приливно. В системе Нептун-Тритон Тритон имеет ретроградную орбиту (уникальную среди больших лун) и поэтому вместо этого приближается к Нептуну - от universetoday.com/56042/triton

— Gnubie

14

Вот как приливы отодвигают луну от Земли:

Луна вращается вокруг Земли, и есть разница в гравитационной силе между стороной Земли, ближайшей к Луне, и стороной, удаленной от Луны.

Эта разница в силе приводит к тому, что Земля приобретает овальную форму, а ее длинная ось направлена на Луну.

Но Земля тоже вращается, и это вращение перемещает ось овала вперед, поэтому овал не указывает на луну, а немного впереди нее. Таким образом, на Земле есть шишка, и она постоянно немного перед Луной. У этого удара есть масса, и он притягивает к себе луну, поэтому луна тянется вперед. Луна тянет Землю назад. Таким образом, вращение Земли замедляется, но Луна набирает энергию и движется немного дальше от Земли.

Луна также была замедлена до такой степени, что одна и та же сторона всегда обращена к Земле, и она так и останется запертой.

Гравитационные волны, с другой стороны, подразумевают выброс энергии из бинарной системы, и когда энергия теряется, черные дыры спиральны.

На черных дырах нет приливов, потому что там нет ничего, что можно было бы вытянуть в овальную форму. Горизонт событий не является твердой поверхностью. Масса черной дыры целиком сконцентрирована на сингулярности, нет структуры, которая должна быть деформирована в удар.

— Джеймс К
источник

Там есть приливы на черных дырах!

— Anixx

3

Черные дыры могут вызывать приливы на других объектах (очень мощные, разрывают приливы типа), но черная дыра не имеет значения, чтобы быть приливно искаженным. У него масса, но неважно.

— Джеймс К

11

Запоздалый ответ, но ни один из существующих ответов должным образом не объясняет это.

Правильное объяснение простое. В ньютоновской механике приливные воздействия делают все объекты на ретроградных орбитах и те объекты на прогрессивных орбитах ниже эквивалента спирали геосинхронного радиуса внутрь. Только объекты, движущиеся по орбите, движутся выше эквивалента геосинхронного радиуса по спирали наружу. Наша Луна вращается около 385000 км, что значительно выше геосинхронного радиуса в 42164 км. Фобос вращается вокруг Марса с большой полуосью 9377 км, значительно ниже ареосинхронного радиуса 20 400 км. В то время как наша Луна движется наружу от Земли, Фобос движется внутрь к Марсу.

Взаимно замкнутые объекты не спиральны ни внутрь, ни наружу в ньютоновской механике. Общая теория относительности немного изменяет эту динамику, заставляя взаимно замкнутые объекты спирально внутрь.

— Дэвид Хаммен
источник

7

Согласно Википедии, скорость спада Луны от Земли составляет 38,04 мм в год из-за приливных сил. Хорошее описание (с диаграммами) о том, как это происходит, можно найти здесь .

\frac{d р}{d T} знак равно - \frac{64}{5} \frac{{грамм}^{3}}{с^{5}} \frac{(м_{1} м_{2}) (м_{1} + м_{2})}{р^{3}}

$\frac{\mathrm{d}r}{\mathrm{d}t} = - \frac{64}{5}\, \frac{G^3}{c^5}\, \frac{(m_1m_2)(m_1+m_2)}{r^3}$

Это работает примерно до 2 нм в год, или на 7 порядков меньше. Итак, да, ожидается, что и приливная рецессия, и орбитальный распад с помощью гравитационных волн будут происходить, но приливная рецессия является гораздо более значительным эффектом.

— user10789
источник

Но не противоречит ли это тому факту из OP, что две взаимно вращающиеся черные дыры имеют тенденцию сближаться?

— Астродинамик

Точно! Почему вдохновляющие черные дыры и нейтронные звезды тоже не страдают от приливных сил?

— Gnubie

Я предпочитаю этот ответ, потому что он сравнивает величину каждого эффекта вместо того, чтобы пытаться объяснить любой из них. Другими словами, все орбитальные пары имеют потенциал как для приливных сил, так и для гравитационных волн, но ОП хочет знать, почему на одну систему влияет один эффект по сравнению с другим, и здесь вы делаете это довольно хорошо.

— Келли С. Френч

5

Другие ответы правы в объяснении, почему приливные силы раздвигают Землю и Луну, но они не раздвигают пару черных дыр. Тем не менее, я думаю, что также необходимо объяснить, почему феномены, делающие две черные дыры по спирали внутрь, не превращают Луну по спирали внутрь Земли.

Фактически каждая пара вращающихся масс излучает гравитационные волны. Разница заключается в том, что только очень большие массы, вращающиеся очень близко друг к другу, создают гравитационные волны, достаточно большие, чтобы существенным образом влиять на эти орбиты масс.

Согласно https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_wave#Binaries время, за которое пара масс падает друг на друга из-за излучаемых гравитационных волн, составляет:

T знак равно \frac{5}{256} \frac{с^{5}}{{грамм}^{3}} \frac{р^{4}}{(м_{1} м_{2}) (м_{1} + м_{2})}

$t= \frac{5}{256}\, \frac{c^5}{G^3}\, \frac{r^4}{(m_1m_2)(m_1+m_2)}$

Давайте включим массы Земли и Луны и их расстояние в это уравнение (все данные взяты из Википедии в единицах СИ):

> G <- 6.674e-11
> r <- 384e6
> mluna <- 7.342e22
> c <- 299792458
> mterra <- 5.97237e24
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(mterra*mluna)/(mterra+mluna))
[1] 1.304925e+33

То есть, если оставить в покое излучение гравитационных волн, Луна упадет на Землю через 1,3 * 10 ^ 33 секунд, что в 4,13 * 10 ^ 25 лет или в 3 * 10 ^ 15 раз больше нынешнего возраста Вселенной. Другими словами, эффект излучения гравитационных волн в движении Земли и Луны настолько мал - особенно по сравнению с другими силами, такими как приливы - что мы не можем абсолютно забыть об этом.

Просто для сравнения, две нейтронные звезды одной солнечной массы, вращающиеся вокруг друг друга на одном и том же расстоянии от Земли и Луны, упадут друг в друга в:

> msol <- 1.9885e30
> (t <- 5/256*c^5/G^3*r^4/(msol*msol)/(msol+msol))
[1] 2.19985e+14

Что составляет всего около 7 миллионов лет, показывая, что изменение массы оказывает большое влияние на результат. Как уже говорилось в начале, гравитационные волны заставляют пары объектов размером с звезду вращаться внутрь, но они не оказывают заметного влияния на спутник, вращающийся вокруг планеты.

— Pere
источник

2

Отличный ответ с реальными числами. Хотел бы я принять ваш ответ, если бы вы ответили раньше!

— Gnubie

@Gnubie В этом мета-часто задаваемом вопросе сказано, что «вы можете изменить, какой ответ принят, или просто отказаться от ответа в любое время». :-)

— Чаппо говорит, что SE Dudded Monica

1

Спасибо за вашу оценку, но я думаю, что этот вопрос фактически состоит из двух вопросов. Другие ответы правы при ответе на один из них. Мой отвечает другой. Следовательно, принятый ответ не является неправильным. Это только одна половина ответа, а моя другая.

— Pere