¿Qué pasaría si la Tierra y la Luna giraran alrededor como Plutón y Caronte?

¿Qué sería diferente para nosotros si la Tierra y la Luna giraran alrededor como Plutón y Caronte?

Lo hacen , pero debido a que la proporción de masas es muy diferente, parece que no lo harían, ya que la luna parece girar alrededor (el centro de) la Tierra.

La relación de las masas de la Tierra y la Luna es $\frac{M_{Earth}}{M_{Moon}} = 81.3$$\frac{M_{Pluto}}{M_{Charon}} = 8.09$

Debido a que la proporción de Plutón y Caronte es relativamente pequeña, el centro del sistema, baricentro, alrededor del cual orbitan los dos cuerpos, está en algún lugar en una línea trazada entre los centros de masa de los dos cuerpos celestes. Pero para la Tierra y la Luna, debido a que la Tierra es proporcionalmente mucho más pesada, el baricentro del sistema no alcanza el exterior de la Tierra, sino que se encuentra a unos 4.500 kilómetros del centro de la Tierra (vea también la foto a continuación):

En los casos en que uno de los dos objetos es considerablemente más masivo que el otro (y relativamente cercano), el baricentro generalmente se ubicará dentro del objeto más masivo. En lugar de parecer que orbita un centro de masa común con el cuerpo más pequeño, simplemente se verá que el más grande se "tambalea" ligeramente. Este es el caso del sistema Tierra-Luna, donde el baricentro se ubica en un promedio de 4,671 km desde el centro de la Tierra , dentro del radio del planeta de 6,378 km. Fuente: Wikipedia - Barycenter

El principal efecto de este sistema de co-rotación es que la Tierra parece "tambalearse" en su órbita, como se menciona en la cita de Wikipedia anterior.

@JeppeStigNielsen hace un buen punto sobre las diferencias en el bloqueo de mareas en los comentarios a continuación. En el sistema Tierra-Luna, solo la Luna está bloqueada por la marea (lo que hace que veamos solo una cara de ella, por lo que solo aproximadamente la mitad de ella, desde la Tierra), mientras que en Plutón-Caronte ambos cuerpos están bloqueados por la marea. La Tierra no está bloqueada por la marea debido a la relación de masa más alta entre ella y la Luna, pero el sistema Plutón-Carón de la relación de masa más baja sí lo está, ya que la masa de Caronte más baja ha cambiado lentamente la rotación de Plutón para que coincida con su movimiento orbital.

En baricentros

La pareja Plutón-Charon no es cualitativamente diferente a la pareja Tierra-Luna con respecto a las órbitas. Como se señaló en otras respuestas, en ambos casos, los dos cuerpos giran uno alrededor del otro, es decir, se describe mejor como orbitando alrededor de su baricentro.

En términos más físicos, el referencial centrado en el baricentro del sistema Tierra-Luna es "más galileo" que el referencial centrado en el centro geométrico de la Tierra: si realiza medidas de alta precisión de sistemas físicos en la Tierra, verá algunos " jitter "que muestra que la Tierra no es realmente galilea. La mayoría de los cuales se debe a la rotación de la Tierra (el jitter se demostró más famoso por el péndulo de Foucault) pero incluso si tiene en cuenta la rotación, aún obtiene algunas perturbaciones residuales provenientes de la revolución de la Tierra alrededor del baricentro Tierra-Luna. (Y si arreglas estos, aún obtienes algunos debido a la revolución de la Tierra alrededor del Sol, realmente, la revolución de la Tierra alrededor del baricentro del sistema Solar, y luego algo debido a la rotación de la Galaxia, etc. , pero son cada vez más difíciles de detectar).

Sobre las mareas

Cuando dos cuerpos redondos se orbitan entre sí, tienden a entrar en "bloqueo de las mareas": su velocidad de rotación individual se sincronizará con la revolución, de modo que, en fin , los dos cuerpos siempre mantienen el mismo hemisferio uno hacia el otro. Plutón y Caronte están en ese paso. La Luna también está bloqueada por la marea con la Tierra: siempre vemos el mismo hemisferio (de hecho, vemos un poquito más de la mitad de la Luna, porque se tambalea un poco). La Tierra no está bloqueada por las mareas ... todavía. Pero finalmente lo será.

De hecho, la Tierra y la Luna ejercen fuerzas de marea entre sí. Esto se explica más fácilmente considerando la velocidad orbital: cuando un satélite muy pequeño orbita alrededor de un gran planeta, debe ir a una velocidad que depende de la altitud del satélite: cuanto más lejos esté el satélite, más lento será (por ejemplo, satélites de órbita baja zoom a unos 8 km / s, mientras que la Luna va a 1 km / so más o menos Pero la Luna es bastante voluminosa: su radio es un poco más de 1700 km. Esto significa que si el centro de la Luna va a la velocidad correcta para su órbita, las rocas en el lado lejano de la Luna están a 1700 km más lejos de la Tierra, y por lo tanto son demasiado rápidas para esa órbita, por lo que quieren irse . Del mismo modo, las rocas en el lado cercano de la luna están 1700 km más cerca de la Tierra, y por lo tanto van demasiado despacio: tienden a "caer" hacia la Tierra.

El fenómeno es simétrico: la Tierra también experimenta fuerzas de marea de la Luna. De hecho, tanto la Tierra como la Luna experimentan fuerzas de marea de la pareja gravitacional Tierra-Luna. Esto genera mareas, donde el agua se mueve en respuesta a las fuerzas; las rocas no lo hacen porque son rocas, es decir, no son muy fluidas en condiciones normales; les gustaría moverse, pero son demasiado rígidas para hacerlo.

Las fuerzas de marea se oponen de alguna manera a que la Tierra gire más rápido que los 27 días para una revolución Tierra-Luna, y la energía rotacional se disipa lentamente: parte de ella se inyecta en el acoplamiento gravitacional Tierra-Luna, que los separa de entre sí (se ha medido gracias a los reflectores de las sondas espaciales y las misiones Apolo: la Luna nos huye a una velocidad de unos 38 mm por año); el resto se pierde en la fricción del agua en movimiento, convirtiéndose así en calor irradiado al espacio.

En pocas palabras: la rotación de la Tierra se está ralentizando. Por ejemplo, un día habría durado unas 22 horas en el momento de los dinosaurios (los grandes, no los pájaros). La desaceleración se conoce alrededor de los círculos de cronometraje como ΔT .

Sin embargo...

Incluso cuando la Tierra quede bloqueada por la marea con la Luna, todavía habrá mareas (al menos, si todavía hay agua líquida en ese momento, lo cual no es un hecho, ya que se prevé que la producción de energía solar disminuya bruscamente 5 mil millones de años desde ahora). De hecho, la pareja Sol-Tierra también produce fuerzas de marea. Las fuerzas de marea de la Tierra y la Luna son aproximadamente dos veces más fuertes, por lo que las mareas inducidas por la Luna son más grandes, pero en una situación de marea cerrada, aún deberíamos presenciar las mareas inducidas por el Sol, pero en menor escala.

(Sin la Luna, la Tierra finalmente se bloquearía por la marea con el Sol y una rotación de 365 días, usando la duración de hoy por un día, por supuesto. No estoy del todo claro sobre lo que debería ser del sistema Sol-Tierra-Luna en a muy largo plazo; pero parece que esto sigue siendo una investigación ampliamente abierta, especialmente porque hay otros planetas en la mezcla, lo que lleva a una situación muy compleja).

Respuesta TLDr:

Ambas respuestas son muy buenas. Hay algunos detalles más a tener en cuenta si queremos ver todo lo que sucede en este escenario divertido pero loco.

Ya se mencionó, la relación de tamaño es de 8 a 1, no de 81 a 1, por lo que, para empezar, el Charon como la Luna sería mucho más grande en el cielo. La Luna, con aproximadamente 10 veces la masa, con una densidad ligeramente mayor debido a una compactación menor, aún sería 2.1 veces más grande, suponiendo la misma distancia, que la haría 4 veces más brillante en el cielo nocturno. Una luna llena sería bastante impresionante. Quizás (apenas) lo suficientemente brillante como para leer si se tratara de un libro de texto grande. (Algunas personas afirman poder leer Moonlight ahora, la mayoría de las personas no pueden, pero 4 veces más brillante, una luna llena podría ser lo suficientemente brillante.

Los eclipses solares se volverían más frecuentes y durarían aproximadamente el doble y se podría pensar que la Tierra estaría un poco más fría debido a que la Luna bloquea parte de la luz solar, pero la Luna, lo creas o no, irradia más calor en la tierra de lo que bloquea porque La luna iluminada que nos enfrenta tiene casi 400 grados F en el día pico y no es difícil ver que una superficie cuya temperatura irradia algo de calor. No mucho, pero algo. Una pregunta sobre eso aquí, entonces un poco más de 4 veces la energía (ignorando las pérdidas del eclipse solar), aproximadamente 1 / 2,500 del calor del sol, podría funcionar a 1/10 de grado por la noche durante la luna llena. No mucho, ciertamente, pero medible para cualquiera con instrumentos lo suficientemente sensibles. El brillo y el tamaño de la Luna obviamente serían más notables que aproximadamente 1/10 de 1 grado de temperatura (C no F).

Una luna de esa masa ralentizaría la rotación de la Tierra significativamente más rápido, ya mencionado, pero tenemos que pensarlo. Cuando se formó la Luna, estaba mucho más cerca de la Tierra, a unas 3-5 veces el radio de la Tierra. Fuente. Eso está fuera de la Esfera de la Colina, y la formación de la Luna dejó a la Tierra girando muy rápidamente, por lo que los efectos (Tierra que gira rápidamente, mareas lunares muy poderosas) aún estarían allí, pero las mareas lunares serían 10 veces mayores, así que estamos mirando en mareas de nivel de terremoto cuando la luna, 10 veces la masa, estaba a 3-5 radios de distancia. La Luna, porque durante la formación no tendría mucho impulso angular, rápidamente se asentaría en una rotación bloqueada por la marea alrededor de la Tierra. El efecto de las mareas en la Tierra, que es 10 veces mayor, causaría (aproximadamente) 10 veces la protuberancia de las mareas en la Tierra y alejaría a la Luna de la Tierra aproximadamente 10 veces más rápido, pero, al mismo tiempo, la resistencia de las mareas se ralentizaría la Tierra también sería 10 veces más grande (supongo que corresponde aproximadamente a 10 veces más rápido).

Entonces, básicamente, la Luna y la Tierra seguirían el sistema en el que están ahora, pero procedería aproximadamente 10 veces más rápido con una Luna con 10 veces la masa. La estimación (aquí) es que tomará alrededor de 50 mil millones de años para que la Luna desacelere la Tierra lo suficiente como para entrar en el bloqueo de las mareas, así que divídalo entre 10, estaríamos muy cerca de un bloqueo de mareas hoy. La Tierra rotaría muy lentamente. La luna también (probablemente) estaría un poco más lejos de la Tierra y probablemente tendría una órbita más tambaleante debido a las perturbaciones solares, y tal vez, escapó por completo. Esta es una parte matemática complicada que preferiría no intentar (en la masa actual de la Luna, el Sol se volverá Gigante Rojo mucho antes de que la Luna escape o la Tierra quede bloqueada por la marea pero con una Luna 10 veces más masiva, eso ' s probablemente ya no sea el caso y o la Luna se ha ido o la Luna está más distante, tiene una órbita más alargada y la Tierra está en o cerca de la marea cerrada. Si la Luna se escapa, tendríamos un objeto cerca de la órbita terrestre de enorme tamaño que luego podría chocar contra nosotros o balancearse más allá de la Tierra y mover nuestra órbita, ya sea el efecto y simplemente el efecto de no tener luna, sería enorme.

Discusión sobre el escape de la Luna / la Tierra vs el bloqueo de mareas aquí

Si asumimos el bloqueo total de la marea, 29.5 días (sinódico, no sidreal) y una luna un poco más alejada, entonces podríamos estar mirando 30 algo a tal vez 40 días para 1 rotación de la Tierra, eso es 20 días de sol, 20 días de noche. Eso causaría estragos en los sistemas meteorológicos y las estaciones. El día a la noche tendría un efecto mayor que el verano frente al invierno, y los días de verano serían abrasadores, aunque algunas regiones podrían estar bien debido a la lluvia. La evolución probablemente podría adaptarse a eso, pero no me parece divertido. Sin embargo, la mayor distancia podría hacer que la Luna sea 3 veces más brillante en el cielo nocturno en lugar de 4. todavía bastante brillante. Todavía tendrías 6 meses de sol y 6 meses de noche en los polos, pero para la mayor parte de la tierra, este sería un cambio radical teniendo días y noches tan largos.

Otros posibles efectos, Oblicuidad (sin luna, quizás mayor, un mayor conductor de la edad de hielo), vea aquí . Además, si la Tierra todavía tuviera la Luna, pero la Luna estuviera en una órbita más alargada, todavía tendríamos mareas a medida que la Luna entrara y saliera hacia los apópidos y perógenos. ver foto

Fuente

El resultado final, aunque podríamos no pensarlo mucho, una luna de diferente tamaño en realidad cambiaría bastante. Una luna más pequeña se alejaría de la Tierra más lentamente y la Tierra podría tener una segunda luna, tal vez por captura, si la luna fuera más pequeña, también podríamos tener glaciaciones y cambios climáticos más agresivos debido a una mayor variación de oblicuidad y, asumiendo que el impacto gigante todavía ocurre de manera similar pero con una cantidad menor de escombros (lo cual no tiene sentido, pero pretendamos), entonces una luna más pequeña no habría frenado tanto la rotación de la Tierra y la Tierra podría estar rotando bastante un poco más rápido, 10 o 15 horas al día en lugar de 24. Los efectos serían bastante significativos.