Hvordan påvirker Månen Jordens rotation? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvordan påvirker Månen...

03. marts 2012

Hvordan påvirker Månen Jordens rotation?

Hej Spørg om Fysik
Jeg har forstået, at jordens rotation om sin akse stabiliseres af den relativt store måne.
Jeg har aldrig rigtig set ordentligt beskrevet hvordan dette skal forstås. Der er så vidt jeg kan se mindst to muligheder (der dog ikke udelukker hinanden):
 
1: Selve rotationsaksen forskyder sig. Det vil sige både ækvators og polernes placering forskyder sig (det må så være et selvstændigt problem at beskrive i forhold til hvad, denne forskydning foregår, da jorden jo ikke er en stiv kugle)
2: Rotationsaksen ligger fast (igen: i forhold til hvad?) men rotationsaksen vipper i forhold til ekliptikas plan.
 
Hvilken af disse muligheder er relevant? Er de begge relevante? Hvis 1) er relevant, hvordan kan man så beskrive det i forhold til at jorden i forvejen består af dele, der skubber sig i forhold til hinanden?
 
Hvis der nu slet ingen måne var, hvor meget og hvor hurtigt ville rotationen så ændre sig? Taler vi om millioner eller milliarder af år før ændringen er stor nok til at klimaet på jorden af den grund er væsentlig forandret.
Kan rotationen køre hele vejen rundt - jeg mener, så rotationsaksen kan vende på alle mulige måde fra parallelt med ekliptika til vinkelret på samme.
Kunne der fx opstå den situation at Jorden roterer om en akse, der altid vender imod solen
 
Hvor stor skal Månen egentlig være for at der opnås denne stabilisering. Hvad hvis den var 10 % af den faktiske størrelse?
 
Vil manglen på måne have indflydelse på Jordens rotationshastighed? Jeg har forstået at grunden til at Merkur altid vender samme side imod solen (og månen altid samme side imod jorden) er tyngdefeltets styrke, og altså afstanden til Solen (hhv Jorden), men har tilstedeværelse af en relativt stor måne noget at sige? 
 
Min interesse i disse spørgsmål er at jeg interesserer mig for evolutionsbiologi, og et afledt spørgsmål her er hvilke omstændigheder ved Jordens fysiske forhold, der betinger at der kan være liv på Jorden.
Det hævdes indimellem at hvis ikke månen var så stor i forhold til jorden, ville den ustabile rotation gøre livet umuligt. Men om det er sandt afhænger jo af
hvor ustabil rotationen ville være - det vil sige hvor hurtigt den vil forandre sig, og hvor ekstrem den kunne tænkes at blive.
 
Venlig hilsen
S F

Præcession af jordaksen. Jordaksen burde have konstant retning i forhold til verdensrummet dvs. fixstjernerne. Det er en almindelig lov, der gælder for roterende legemer (gyroskoper), som ikke påvirkes af ydre kræfter.

Hipparchus

Der er ydre kræfter fordi tyngdekraften fra såvel Månen som Solen og de øvrige planeter påvirker jorden.  Dette forårsager den såkaldte præcession, som er en langsom proces, hvor jordaksen gennemløber en konusformet bane i løbet af 26 000 år (25 772 Julianske år). Historisk blev det opfattet som en flytning af for- og efterårspunkterne, men er altså en ændring af jordaksen af samme type, som ses på en roterende snurretop, der står på spidsen på gilvet. Hipparchus , (Gr, ca. 190 BK – ca. 120 BK) opdagede dette I år ca. 127 FK. Radius i den cirkel jordaksen beskriver på himlen er omkring 23,4˚. Det betyder, at polarstjernen 3000 år FK var stjernen Thuban i konstellationen Dragen.

 

James Bradley

Nutation er en meget mindre effekt

Jordaksen (jordens samlede rotationsakse) rokker omkring den cirkel som frembringes af præcessions cirklen. Fænomenet blev opdaget astronomisk i 1728 af James Bradley (GB, 1693 – 1762). Perioden er 6768 dage eller 18,6 år. Det drejer sig om imellem 9 og 17 ”, der er andre tilsvarende forstyrrelser, som har amplituder ca. 10 gange mindre med perioden 183 dage.

Præcession og nutation er skabt på grund af månen og solens varierende massetiltrækning i den forøgede masse, der ligger omkring ækvator,  fordi  jorden er lidt fladtrykt (ækvatorradius er 6378,140 km, polradius 6356,775 km).

Tidevandet fra DMI

Jorden roterer ikke som et fast legeme

Når vi skal beskrive rotationen, skal man først sige hvilken del af jorden man beskriver i forhold til. Overflade og det indre hænger ikke fast sammen. Vi ser, at polerne flytter sig, det er et symptom på, at jordens indre og overfladen forskydes i forhold til hinanden. Det sker på en kompliceret måde, hvor der også er et fænomen, som man kalder Chandler rokkebevægelsen, som flytter jordens rotationsakse i forhold til overfladen med en periode på 433 dage, det drejer sig om ca. 9 m. Dette kombineres med en anden rokkebevægelse, som har en periode på 1 år, så den totale periode af disse effekter bliver en periode på ca. 7 år.

Dette skyldes bl.a. at jorden ikke er en kugle, og er hvad man kalder en nutation (til almindelig forvirring, idet man har jordaksens nutation, beskrevet ovenfor, og det er altså ikke det samme, men samme fysiske effekt).

Månens afstand

Tidevandet og den deformation af den faste jord, der skyldes månens og solens tyngdefelter, bevirker en bremsning af jordrotationen og overførelse af bevægelsesmoment til månen, månen kommer længere og længere væk og jorden roterer langsommere. Denne proces har fundet sted i de sidste 4,5 milliarder år og har og vil ændre de tider, der angives ovenfor, døgnets længde osv.

Ændringen af afstanden er for tiden ca. 38 mm pr. år, og jorddagen forlænges på grund af bremsningen med ca. 23 μs pr. år.

Jorden set fra månen

Månens stabiliserende virkning

Månen, solen og planeterne giver anledning til tidevand og specielt et drejningsmoment på jorden. Dette giver antageligt anledning til en stabilisering af jordaksens retning, så den ikke kan dreje kaotisk, men trækkes tilbage imod den konstante omdrejningsakse af tyngdekræfterne. Problemet er mig bekendt ikke helt afklaret, Se på tidevandets bremsende effekt i: Hvorfor er der højvande på begge sider af Jorden?

Jorden og månen med rotationsakser

Beskrivelsen af virkningen af kraftmomenter på roterende legemer er fra et fysiksynspunkt klar, men matematisk ret tung. Den generelle teori falder udenfor disse spalters måde at forklare ting på.  Det er klart, at der virker kraftmomenter fra månen, som er stor og tæt på, og mindre fra solen på den roterende jord. Det gælder både tidevand og fortykkelserne i forhold til kugleform omkring ækvator. Desuden virker mindre kræfter, som er varierende periodevis fra de øvrige planeter.

Generelt vil man forvente, at disse momenter ville stabilisere jordaksen, det er blot kompliceret når alle effekter skal inddrages. Jeg har ikke kunne finde noget bud på en simpel forklaring, uden en masse matematik, så jeg er desværre nødt til at udtrykke det alment som ovenfor, men se også

Månens bundne rotation dvs. det at månen altid vender samme side imod jorden. Dette skyldes at tyngdekræfterne fra jorden, først har trukket månen lidt aflang (ellipsoideformet), hvorefter tyngdekraftsgradienterne i månen har bevirket, at rotationen af den ikke kugleformige måne efterhånden er blevet stoppet, så rotationen bliver bundet med den lange led imod - væk fra jorden. Det er altså noget der er sket i årmillioner, men da månen oprindeligt har været en del nærmere jorden, er det gået hurtigt i starten.

Med venlig hilsen
Klaus Mosegaard
Malte Olsen