E se a Terra e a Lua girassem em torno de si como Plutão e Caronte?

O que seria diferente para nós se a Terra e a Lua girassem em torno um do outro, como Plutão e Caronte?

Eles o fazem , mas devido à proporção de massas ser muito diferente, parece que não o fariam, pois a lua parece girar ao redor (do centro) da Terra.

A proporção das massas da Terra e da Lua é enquanto que para Plutão e Caronte a mesma proporção é .$\frac{M_{Earth}}{M_{Moon}} = 81.3$$\frac{M_{Pluto}}{M_{Charon}} = 8.09$

Como a razão para Plutão e Caronte é relativamente pequena, o centro do sistema - baricentro, em torno do qual os dois corpos orbitam - está em algum lugar na linha traçada entre os centros de massa dos dois corpos celestes. Mas para a Terra e a Lua, porque a Terra é proporcionalmente muito mais pesada, o baricentro do sistema não alcança fora da Terra, mas fica a cerca de 4.500 quilômetros do centro da Terra (veja também a foto abaixo):

Nos casos em que um dos dois objetos é consideravelmente mais massivo que o outro (e relativamente próximo), o baricentro normalmente estará localizado dentro do objeto mais massivo. Em vez de parecer orbitar um centro de massa comum com o corpo menor, o maior simplesmente será visto "balançando" levemente. É o caso do sistema Terra-Lua, onde o baricentro está localizado em média 4.671 km do centro da Terra , bem dentro do raio do planeta de 6.378 km. Fonte: Wikipedia - Barycenter

O principal efeito desse sistema co-rotacional é que a Terra parece "oscilar" em sua órbita, como mencionado na citação da Wikipedia acima.

@JeppeStigNielsen faz um bom argumento sobre as diferenças no bloqueio das marés nos comentários abaixo. No sistema Terra-Lua, apenas a Lua está trancada por uma maré (o que nos leva a ver apenas uma face dela, tão somente aproximadamente metade dela, da Terra), enquanto que em Plutão-Caronte os dois corpos estão trancados por uma maré. A Terra não está travada por maré por causa da maior proporção de massa entre ela e a Lua, mas a menor proporção de massa do sistema Plutão-Caronte é, pois a massa menor Charon mudou lentamente a rotação de Plutão para corresponder ao seu movimento orbital.

Em barcentres

O casal Plutão-Caronte não é qualitativamente diferente do casal Terra-Lua em relação às órbitas. Como foi apontado em outras respostas, em ambos os casos, os dois corpos giram em torno um do outro, ou seja, são melhor descritos como orbitando em torno de seu baricentro.

Em termos mais físicos, o referencial centrado no baricentro do sistema Terra-Lua é "mais galileu" do que o referencial centrado no centro geométrico da Terra: se você fizer medições de alta precisão dos sistemas físicos na Terra, verá algumas " instabilidade "que mostra que a Terra não é realmente galileu. A maior parte é devido à rotação da Terra (o tremor mais famoso do pêndulo de Foucault)), mas mesmo se você considerar a rotação, ainda terá algumas perturbações residuais provenientes da revolução da Terra em torno do baricentro Terra-Lua. (E se você consertar esses, ainda recebe alguns devido à revolução da Terra ao redor do Sol - realmente, a revolução da Terra ao redor do baricentro do sistema solar - e outros devido à rotação da galáxia, e assim por diante , mas eles são cada vez mais difíceis de detectar.)

Sobre marés

Quando dois corpos redondos orbitam um ao outro, eles tendem a entrar em "travamento das marés": sua velocidade de rotação individual sincroniza-se com a revolução, de modo que, em suma , os dois corpos sempre mantêm o mesmo hemisfério um em direção ao outro. Plutão e Caronte estão nessa etapa. A Lua também está trancada com a Terra: sempre vemos o mesmo hemisfério (na verdade, vemos um pouquinho mais da metade da Lua, porque oscila um pouco). A Terra ainda não está trancada ... Mas finalmente será.

De fato, a Terra e a Lua exercem forças de maré uma sobre a outra. Isso é mais facilmente explicado considerando-se a velocidade orbital: quando um satélite muito pequeno orbita em torno de um grande planeta, ele deve ir a uma velocidade que depende da altitude do satélite: quanto mais longe o satélite, mais lento ele será (por exemplo, satélites de baixa órbita) zoom a cerca de 8 km / s, enquanto a Lua gira a 1 km / s). Mas a Lua é bastante volumosa: seu raio é um pouco mais de 1700 km. Isso significa que, se o centro da Lua estiver na velocidade certa para sua órbita, as rochas do outro lado da Lua estão a 1700 km da Terra e, portanto, são um pouquinho rápido demais para essa órbita, então eles querem sair . Da mesma forma, as rochas no lado mais próximo da lua estão 1700 km mais perto da Terra e, portanto, estão indo muito devagar: elas tendem a "cair" em direção à Terra.

O fenômeno é simétrico: a Terra também experimenta forças das marés da Lua. De fato, a Terra e a Lua experimentam forças de maré do casal gravitacional Terra-Lua. Isso gera marés, onde a água se move em resposta às forças; as rochas não o fazem porque são rochas, ou seja, não são muito fluidas em condições normais - elas gostariam de se mover, mas são muito rígidas para fazê-lo.

As forças da maré são de alguma maneira opostas à rotação da Terra mais rápido que os 27 dias para uma revolução Terra-Lua, e a energia rotacional é dissipada lentamente: algumas delas são injetadas no acoplamento gravitacional Terra-Lua, que as separa de um ao outro (foi medido graças a refletores de sondas espaciais e missões Apollo: a Lua está nos fugindo a uma taxa de cerca de 38 mm por ano); o restante se perde no atrito da água em movimento, convertendo-se assim em calor irradiado no espaço.

Conclusão: a rotação da Terra está diminuindo. Por exemplo, um dia teria durado cerca de 22 horas na época dos dinossauros (os grandes, não os pássaros). A desaceleração é conhecida nos círculos de tempo como ΔT .

Contudo...

Mesmo quando a Terra ficar travada na maré com a Lua, ainda haverá marés (pelo menos, se ainda houver água líquida na época, o que não é um dado, pois a produção de energia do Sol deverá diminuir drasticamente em 5 bilhões de anos a partir de agora). De fato, o casal Sol-Terra também produz forças de maré. As forças da maré Terra-Lua são cerca de duas vezes mais fortes, então as marés induzidas pela Lua são maiores, mas em uma situação travada por marés, ainda devemos testemunhar marés induzidas pelo Sol - mas em menor escala.

(Sem a Lua, a Terra acabaria por bloquear o Sol com uma rotação de 365 dias - usando a duração de hoje por um dia, é claro. Não estou totalmente claro sobre o que deve acontecer com o sistema Sol-Terra-Lua em a longo prazo; mas parece que essa ainda é uma pesquisa amplamente aberta, principalmente porque existem outros planetas na mistura, levando a uma situação muito complexa.)

Resposta do TLDr:

Ambas as respostas são muito boas. Há mais alguns detalhes a serem considerados se quisermos dar uma olhada em tudo o que há nesse cenário divertido, mas maluco.

Já mencionado, a proporção de tamanho é de 8 para 1, não 81 para 1; portanto, para iniciantes, o Caronte como a Lua seria muito maior no céu. A Lua, com aproximadamente 10 vezes a massa, apresentando uma densidade um pouco maior devido a uma pequena compactação, ainda seria 2,1 vezes maior, assumindo a mesma distância, o que tornaria quatro vezes mais brilhante no céu noturno. Uma lua cheia seria bastante impressionante. Talvez (apenas um pouco) brilhante o suficiente para ler se era um grande livro de texto. (algumas pessoas afirmam ser capazes de ler pelo Moonlight agora, a maioria não, mas 4 vezes mais brilhante, uma lua cheia pode ser brilhante o suficiente.

Os eclipses solares se tornariam mais frequentes e durariam cerca do dobro do tempo, e você pode pensar que a Terra ficaria um pouco mais fria devido ao bloqueio da luz solar pela Lua, mas a Lua, acredite ou não, irradia mais calor na Terra do que bloqueia. a lua iluminada à nossa frente tem quase 400 graus F no horário de pico e não é difícil ver que uma superfície com temperatura irradia algum calor. Não muito, mas um pouco. Uma pergunta sobre isso aqui, então um pouco mais de 4 vezes a energia (ignorando as perdas do eclipse solar), cerca de 1/250 o calor do sol, pode funcionar a 1/10 de grau à noite durante a lua cheia. Não muito, certamente, mas mensurável para qualquer pessoa com instrumentos sensíveis o suficiente. O brilho e o tamanho da Lua obviamente seriam mais visíveis do que cerca de 1/10 de 1 grau de temperatura (C e F).

Uma lua dessa massa desaceleraria a rotação da Terra significativamente mais rápido, já mencionado, mas nesta, temos que pensar um pouco. Quando a Lua se formou, estava muito mais perto da Terra, cerca de 3-5 vezes o raio da Terra. Fonte. Isso fica fora da esfera, e a formação da Lua deixou a Terra girando muito rapidamente, para que os efeitos (terra em rotação rápida, marés lunares muito poderosas) ainda estivessem lá, mas as marés lunares seriam 10 vezes maiores, então estamos olhando nas marés de nível de terremoto, quando a lua, 10 vezes a massa, ficava entre 3 e 5 raios de distância. A Lua, porque durante a formação, não teria muito momento angular, rapidamente se estabeleceria em uma rotação travada por marés ao redor da Terra. O efeito das marés na Terra, sendo 10 vezes maior, causaria (aproximadamente) 10 vezes o volume da maré na Terra empurraria a Lua para longe da Terra cerca de 10 vezes mais rápido, mas, ao mesmo tempo, o arrasto da maré diminuindo a Terra também seria 10 vezes maior (suponho que corresponda a cerca de 10 vezes mais rápido).

Então, basicamente, a Lua e a Terra seguiriam o sistema em que estão agora, mas prosseguiriam cerca de 10 vezes mais rápido que uma Lua com 10 vezes a massa. A estimativa (aqui) é que levará cerca de 50 bilhões de anos para a Lua desacelerar a Terra o suficiente para entrar no bloqueio das marés, então divida que, por 10, estaríamos muito perto de um bloqueio das marés hoje. A Terra giraria muito lentamente. A lua também (provavelmente) estaria um pouco mais distante da Terra e provavelmente teria uma órbita mais instável devido a perturbações solares e, talvez, escapasse completamente. Essa é uma parte complicada da matemática que eu preferiria não tentar (na massa atual da Lua, o Sol se tornará Gigante Vermelho muito antes de a Lua escapar ou a Terra ficar travada por uma maré, mas com uma Lua 10 vezes mais massiva, que " Provavelmente não é mais o caso e a Lua se foi ou a Lua está mais distante, tem uma órbita mais alongada e a Terra está perto ou travada pela maré. Se a Lua escapar, teremos um objeto de órbita quase terrestre de tamanho enorme que mais tarde poderá colidir conosco ou passar pela Terra e mover nossa órbita - qualquer efeito e simplesmente o efeito de não ter lua seria enorme.

Discussão sobre a fuga da Lua / Terra vs bloqueio de maré aqui

Se assumirmos o bloqueio total da maré, 29,5 dias (sinódico, não sidreal) e uma lua um pouco mais longe, podemos estar olhando para algo entre 30 e talvez 40 dias para uma rotação da Terra, que são 20 dias de sol, 20 dias de noite. Isso causaria estragos absolutos nos sistemas climáticos e nas estações do ano. O dia para a noite teria um efeito maior do que o verão versus o inverno, e os dias de verão seriam escaldantes, embora algumas regiões devessem ficar bem por causa das chuvas. A evolução provavelmente poderia se adaptar a isso, mas não me parece divertido. A distância adicional pode tornar a Lua apenas três vezes mais brilhante no céu noturno do que em 4. ainda bastante brilhante. Você ainda teria 6 meses de sol e 6 meses de noite nos pólos, mas para a maior parte da terra, essa seria uma mudança radical, tendo dias e noites por muito tempo.

Outros efeitos possíveis, Obliquidade (sem lua, talvez maior, um condutor maior da era do gelo), veja aqui . Além disso, se a Terra ainda tivesse a Lua, mas a Lua estivesse em uma órbita mais prolongada, ainda teríamos marés enquanto a Lua entrava e saía para apogeu e perogeu. Ver foto

Fonte

Resumindo, embora não pensemos muito nisso, uma lua de tamanho diferente mudaria bastante. Uma lua menor se afastaria da Terra mais lentamente e a Terra poderia ter uma segunda lua talvez por captura, se a lua fosse menor, também poderíamos ter eras glaciais mais agressivas e mudanças climáticas devido a uma maior variação de obliquidade e, supondo que o impacto gigante ainda aconteça de maneira semelhante, mas com uma quantidade menor de detritos (o que não faz sentido, mas vamos fingir), uma lua menor não teria retardado tanto a rotação da Terra e a Terra poderia estar girando bastante um pouco mais rápido, 10 ou 15 horas por dia, em vez de 24. Os efeitos seriam bem significativos.