¿Es Io una máquina de energía mágica?

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Io obtiene su calor volcánico al ser flexionado por la gravedad de Júpiter, y esto parece durar para siempre. Eso suena como una fuente de energía mágica, ya que la gravedad joviana es perpetua e Io parece permanecer en órbita perpetuamente. ¿Hemos descubierto la magia?

orbital-mechanics io

— FranklyT
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Esta es más una pregunta de física.

— Peter - Restablece a Monica

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@ PeterA.Schneider - No hay nada de malo en las preguntas de astronomía que involucran física. La astronomía es en cierto sentido una rama de la física hoy en día, y lo ha sido desde Newton. (Este no era el caso antes de la época de Newton).

— David Hammen

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@DavidHammen es cierto, por supuesto: me sorprendió "¿hemos descubierto la magia?" porque la respuesta es puramente física, se puede dar sin conocimiento de los cuerpos y órbitas específicos involucrados y es muy breve. Por el contrario, la pregunta (hipotética) " ¿ De dónde viene la energía que sustenta el vulcanismo de Io y cómo se le transfiere la energía?" se refiere a los cuerpos específicos y, por lo tanto, está en el lado de la astronomía de esta intersección. También es bastante largo si se responde de forma correcta y exhaustiva. (Admito que la pregunta también se puede interpretar como un punto de partida retórico.)

— Peter - Restablece a Monica

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La energía que impulsa el volcanismo de Io se deriva de su energía orbital y (en menor medida por la energía orbital de las otras lunas y la energía de la rotación de Júpiter). Mecanismos similares potencian el criovolcanismo en Encelado y las otras lunas heladas. El depósito de energía orbital disponible es enorme en comparación con el requerido para impulsar la actividad volcánica.

Esto implica que las interacciones gravitacionales en todas las lunas del sistema están cambiando sus órbitas y rotaciones, aunque lentamente. Dado un tiempo ilimitado, la órbita de Io podría decaer hasta un punto donde cae dentro del límite de Júpiter Roche y se desgarra.

(Nota: la respuesta a ¿Cómo puede el calentamiento de las mareas bajar la órbita de Io? Describe esto con mayor precisión, y señala que las fuerzas de las mareas están transfiriendo energía desde la rotación de Júpiter a las órbitas de sus lunas, por lo que la órbita de Io a largo plazo se hace más grande (hasta el punto de ella dejando la órbita de Júpiter) en lugar de descomponerse)

— Antlersoft
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Respuesta corta: No.

— zephyr

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Creo que el punto final más probable puede ser que Io quede bloqueado por la marea con Júpiter. Al igual que nuestra propia Luna, con el mismo lado siempre frente a Júpiter, no habría más (cambios en) la flexión de las mareas.

— RBarryYoung

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@RBarryYoung, las interacciones resonantes con Europa y Ganímedes impiden que se establezca en una órbita favorable a la marea.

— NeutronStar

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@RBarryYoung Io está mayormente bloqueado por la marea ahora, pero como señala Joshua, pequeñas fluctuaciones son suficientes para crear la actividad volcánica continua.

— userLTK

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@zephyr ... awwww. ¿Por qué siempre tiene que ser "no" la respuesta a "¿Es mágico?" . Maldita sea Clarke siempre tirando de la alfombra bajo nuestros pies

— deseosos

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Y esto parece continuar para siempre.

No es estrictamente cierto.

Io parece permanecer en órbita perpetuamente. ¿Hemos descubierto la magia?

No y no.

La velocidad orbital de Io es . Su masa es $v = 17.33 \mathrm{km/s}$ $m = 8.9319 \cdot 10^{22} \mathrm{kg}$

La fórmula para la energía cinética es: $E = m \cdot v^2 / 2$

Al conectar los valores de Io en él, su energía cinética total es de aproximadamente julios según Wolfram Alpha . Esa es una muy, MUY gran cantidad de energía. Io puede permitirse el lujo de gastar una pequeña fracción para mantenerse caliente durante mucho tiempo sin cambios aparentes significativos. $7 \cdot 10^{40}$

Pero sí, en una escala de tiempo humana, parece magia.

— Florin Andrei
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Parece que debe tener en cuenta la pérdida de calor para determinar si realmente está gastando una "pequeña fracción". La temperatura de la superficie cerca de los volcanes alcanza los 1600K . Si toda la superficie (42E12 m ^ 2) estuviera a esa temperatura (no lo está), según la ley de Stefan-Boltzmann , emitiría 370kW / m ^ 2, para 1.6E19 W en total. Eso es 5E26 J / año, por lo que en mil millones de años irradiarías 0.1% de la energía orbital, o << una pequeña fracción ... Obviamente tienes razón por el hecho de que todavía está allí

— Chris H

¿Qué tiene que ver la energía orbital de Io con su vulcanismo? El volcanismo es impulsado por las fuerzas de marea de Júpiter, no por la energía orbital de Io.

— zephyr

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No habría fuerzas de marea si no estuviera en órbita, @zephyr. La energía es lo que la mantiene allí.

— Beanluc

Hasta que no lo haga.

— Beanluc

@Beanluc Tampoco habría fuerzas de marea si Io no tuviera masa. ¿Significa eso que una ecuación que calcula la masa-energía total de Io es relevante para su volcanismo? Mi punto es que Florin de alguna manera está equiparando la energía orbital de Io con su volcanismo, lo cual es evidentemente incorrecto.

— zephyr

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No tienes que mirar tan lejos, en realidad. Las mareas aquí en la Tierra, flujo y reflujo, están "alimentadas" por la gravedad de nuestra Luna. No se expresa como calor y actividad volcánica, pero los mecanismos son los mismos que en Io.

Sin embargo, esa energía (que puede ser y es convertida en electricidad por las centrales eléctricas de marea ) no es "libre". La Tierra solía girar más rápido (haciendo días más cortos que las 24 horas de hoy), y la luna solía estar más cerca (todavía se aleja a ~ 4 cm por año) ...

— DevSolar
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¿Es Io una máquina de energía mágica?

No, no es. La fuente de energía de Io es la rotación de Júpiter. Piensa en nuestra luna. Poco a poco se aleja en espiral de la Tierra. La luna no es una máquina de energía mágica. Roba el momento angular y la energía orbital de la rotación de la Tierra. Si bien la transferencia de momento angular de la Tierra a la Luna está muy cerca, la transferencia de energía no lo está. El sistema Tierra-Luna es disipativo.

Lo mismo ocurre con Io y sus volcanes. Io está robando muy lentamente el momento angular y la energía de la rotación de Júpiter, y en el proceso, descarga parte de esa energía robada al espacio.

— David Hammen
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Pero si colocamos algo así como una rueda de agua sobre esos volcanes, se nos suministraría energía, como la que recibimos de los arroyos de las montañas que fluyen cuesta abajo. meldrethhistory.org.uk/images/uploaded/originals/overshot.jpg Obviamente, la "energía mágica" no existe, sino una fuente de energía a largo plazo.

— userLTK

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@userLTK: Sí, básicamente lo mismo que aprovechar la energía de las olas en la Tierra.

— Lightness compite con Monica

Io puede estar robando el momento angular y la energía para la rotación de Júpiter, pero no tendría medios para transferir eso a la energía volcánica. En cambio, cambiaría su distancia orbital al igual que nuestra propia Luna. El volcanismo se debe a las fuerzas de marea de Júpiter. No estoy seguro de ver cómo la mayor parte de su respuesta es relevante para la pregunta.

— zephyr

@zephyr No lo sé, pero hay una discusión relacionada en los comentarios debajo de esta respuesta .

— uhoh

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Una respuesta de construcción mundial:

En términos de "Energía Mágica" (Odio la palabra magia, digamos energía libre)

Digamos que tenemos una colonia lejos del Sol. Júpiter funciona, o, un planeta exterior, tal vez incluso el teórico Planeta 9, donde los paneles de energía solar serían bastante inútiles, el combustible de uranio podría ser escaso y 3 se toma tiempo para recolectar para la fusión, por lo que necesitan una fuente de energía.

En teoría, un dispositivo podría construirse utilizando asteroides materiales y masivos y cables de fibra de carbono, y algún tipo de estructura donde había un exterior esférico que se estira y se retuerce en una órbita, idealmente, como Io, entre el planeta y su gran luna donde se mantendría cierta excentricidad y variación.

El estiramiento hacia adelante y hacia atrás y la masa de la capa exterior de este objeto podrían tirar de los pistones y generar electricidad. La cantidad de electricidad dependería de la masa, el tamaño y la flexibilidad de la construcción esférica, y la energía provendría de una fuente casi ilimitada: la energía rotacional del planeta.

Si tal cosa es práctica es otra cuestión. No tengo idea de si sería práctico, pero es teóricamente posible.

También necesitarías una luna grande, de lo contrario la órbita se circularizaría y la energía disminuiría. Pero un sistema Planet-Large Moon, tal vez podría funcionar. La desventaja es que se necesitaría tanta energía para construir la cosa en primer lugar, no estoy seguro de que valga la pena.

— userLTK
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