Waarom draaien planeten rond de zon en rond hun as?

[Jan van de Velde]

waarom draait de Aarde niet om Neptunus maar om de zon.

waarom draaien planeten om zonnen

omdat het grootste deel van de massa van een nevel terecht komt in het centrum, en juist ook door die samenballing van al die massa voldoende druk en temperatuur ontstaat om kernfusie mogelijk te maken. In het centrum vind je dus een ster. De restanten materiaal draaien in banen rondom die ster, en klonteren samen tot planeten. Die dus net als het materiaal waaruit ze ontstonden rondjes rond die ster zullen blijven draaien.

Bij dat samenklonteren komt er soms ook materiaal niet óp de planeet, maar in een baan er rond terecht. Dan krijg je manen, of zoals bij Saturnus, ringen met brokstukken. Dát materiaal bevindt zich op een zeker moment dichter bij zo'n planeet dan bij de zon, en dan wint de zwaartekracht van de planeet het van de zwaartekracht van de zon (zwaartekracht hangt ook af van de afstand).

gezien zijn realtief kleine massa én relatief grote afstand is de zwaartekrachtinvloed van Neptunus op Aarde verwaarloosbaar in vergelijking met die van de zon.

Zon-Neptunus: 1-0.

[SandLover]

Hoe kan het eigenlijk zo zijn dat de baan van de aarde om de zon zo stabiel is? De zon verliest door kernfusie toch constant massa. Na een paar miljard jaar zou dat toch aardig moeten gaan aantikken. Of is dat dan nog steeds verwaarloosbaar. Je zou verwachten dat de aarde op een gegeven moment uit z'n baan vliegt omdat de aantrekkingskracht van de zon minder groot wordt. Lijkt me sterk dat de snelheid van de aarde om de zon in de tijd afneemt.

[Jan van de Velde]

Of is dat dan nog steeds verwaarloosbaar.

Ja.

[raf]

Het heelal heeft in overschot, wat wij niet hebben, en dat is tijd. Ook in ons zonnestelsel gebeuren er zaken, maar we leven veel te kort om het te kunnen opmerken. Van de vele duizende jaren dat we hier al zijn, hebben we alleen maar in de laatste eeuwen met een wetenschappelijk oog, naar boven gekeken. Pas in de late negentiende eeuw en vooral in de twintigste eeuw, hebben we reuzesprongen vooruit gemaakt. Voordien moet er enorm veel gebeurd zijn zonder dat de mens het verstand of de middelen had om het op te merken.

[Kalkoen]

Na een paar miljard jaar zou dat toch aardig moeten gaan aantikken.

Wees gerust, over 5 miljard jaar reikt de zon inderdaad tot hier. Op dit moment verbrand de zon Waterstof tot Helium. Over 5 miljard jaar is al het waterstof op. De volgende stap is dan de verbranding van het Helium zelf. En dan zwelt de zon tot ongeveer hier.

Nu, over de reden waarom de planeten rond hun as draaien:

Inderdaad, we hadden na de oerknal een schijf van stof. Centraal vormde de zon en alles draaide ongeveer in dezelfde richting. De reden waarom planeten rond hun as draaien, is dat de deeltjes in elkaars buurt naar elkaar werden getrokken en rond elkaar begonnen draaien. Men spreekt van planetesimalen. We krijgen dus groepjes van deeltjes die rond elkaar cirkelen en die interageren op hun beurt steeds opnieuw tot grotere planetesimalen. Nu, die delen vliegen niet recht naar elkaar toe, maar langs elkaar heen en worden gevangen in een rotationele beweging. De rotatie is dus eigen aan het samenkomen van delen. Op zich doet de zon en de aarde niets anders dan samen in een cirkeltje draaien. Het probleem is echter dat de zon iets zwaarder is. Je moet het zien als volgt: klein klein kleutertje en de papa pakken elkaar handjes vast en gaan draaimolen spelen. Wanneer de rotatie snel genoeg gaat, zal klein klein kleutertje zelfs vrij door de lucht bewegen, maar door het gewicht van dikke papa, zal de rotatie schijnbaar rond dikke papa gebeuren, hoewel dikke papa ook niet stabiel in het midden blijft, maar net iets naast het middelpunt zal ronddraaien.

De grote vraag is: hoeven die planeten rond te draaien? Het antwoord hierop is nee. Uit voorgaande blijkt dat het eigen is aan de planeet om te beginnen draaien, en vanwege de lage weerstand blijven ze draaien. Ze zullen ook spontaan beginnen draaien rond de nabije grote dikkerd: de zon. 99,9% van de massa van het zonnestelsel, zit in de zon, dus die zon verroert zich schijnbaar niet en omdat er meerdere planeten langs verscheidene kanten trekken, al bijna helemaal niet.

Een mooi voorbeeld dat rond de as draaien niet per se hoeft: wij zien altijd dezelfde kant van de maan. Hoe komt dit? Ooit is langs de achterkant van de maan een dikke komeet ingeslagen. Toen de maan nog vloeibaar is, is daar een vulkaan ontstaan en zijn basalten uitgestoomt. De korst van de maan was zo dik, dat die basalten bovenop het oppervlak van de maan zijn gekomen, zonder dat de korst zich heeft kunnen herstellen naar een evenredig verdeelde massa rond het middelpunt. Het middelpunt van de maanbol is dus niet het massa-equivalente evenwichtspunt. Vanwege de middelpuntzoekende kracht die uitgeoefend wordt tussen maan en aarde, draait de lichte kant van de maan zich dus altijd naar ons, omdat die met minder kracht naar hier te houden valt. Omdat de maan rond de aarde draait, wil dat zeggen dat de maan dan wel rond zijn eigen as draait, maar exact dezelfde snelheid. Anderzijds, mocht dit niet zo zijn, kon de maan met gelijk welke snelheid naar wens rond zijn as draaien, dus desnoods ook niet.

Ten slotte: is die draaisnelheid altijd dezelfde? Nee, 450 miljoen jaar geleden, duurde een jaar 400 dagen. Met andere woorden, de aarde draaide toen sneller rond zijn as zodanig dat een dag slechts 22 uur telde. De wrijvingskrachten die werken, situeren zich in de water- en aardgetijdensector.

[Jan van de Velde]

Wees gerust, over 5 miljard jaar reikt de zon inderdaad tot hier. Op dit moment verbrandt de zon Waterstof tot Helium. Over 5 miljard jaar is al het waterstof op. De volgende stap is dan de verbranding van het Helium zelf.

Ipv "verbranding" is het woord "fusie" beter op zijn plaats.

Een mooi voorbeeld dat rond de as draaien niet per se hoeft: wij zien altijd dezelfde kant van de maan. Hoe komt dit? Ooit is langs de achterkant van de maan een dikke komeet ingeslagen. Toen de maan nog vloeibaar is, is daar een vulkaan ontstaan en zijn basalten uitgestoomt. De korst van de maan was zo dik, dat die basalten bovenop het oppervlak van de maan zijn gekomen, zonder dat de korst zich heeft kunnen herstellen naar een evenredig verdeelde massa rond het middelpunt. Het middelpunt van de maanbol is dus niet het massa-equivalente evenwichtspunt. Vanwege de middelpuntzoekende kracht die uitgeoefend wordt tussen maan en aarde, draait de lichte kant van de maan zich dus altijd naar ons, omdat die met minder kracht naar hier te houden valt.

Heb je hier een bron voor, want dit fantastische (in de zin van "gefantaseerd lijkende") verhaal heb ik nog nooit gehoord.

[eendavid]

Een mooi voorbeeld dat rond de as draaien niet per se hoeft: wij zien altijd dezelfde kant van de maan. Hoe komt dit? Ooit is langs de achterkant van de maan een dikke komeet ingeslagen. Toen de maan nog vloeibaar is, is daar een vulkaan ontstaan en zijn basalten uitgestoomt. De korst van de maan was zo dik, dat die basalten bovenop het oppervlak van de maan zijn gekomen, zonder dat de korst zich heeft kunnen herstellen naar een evenredig verdeelde massa rond het middelpunt. Het middelpunt van de maanbol is dus niet het massa-equivalente evenwichtspunt. Vanwege de middelpuntzoekende kracht die uitgeoefend wordt tussen maan en aarde, draait de lichte kant van de maan zich dus altijd naar ons, omdat die met minder kracht naar hier te houden valt. Omdat de maan rond de aarde draait, wil dat zeggen dat de maan dan wel rond zijn eigen as draait, maar exact dezelfde snelheid. Anderzijds, mocht dit niet zo zijn, kon de maan met gelijk welke snelheid naar wens rond zijn as draaien, dus desnoods ook niet.

Het normale verhaal is dat de synchrone rotatie is ontstaan door de getijdenkrachten van de aarde op de maan. Wat schort er aan deze verklaring?

De verklaring die jij geeft begrijp ik ook niet helemaal. Stel dat getijdekrachten er niets mee te maken hebben, dus dat de maan een perfect star lichaam is. Dan zou de maan prima kunnen roteren, los van de vorm die de maan zou hebben. Ik bedoel, stel dat de volledig starre maan de vorm had van een hamer, en dat er een initiële rotatie is, dan zou dit gebrek aan sferische symmetrie de rotatie niet kunnen stoppen (dat zou in tegenspraak zijn met behoud van impulsmoment).

[Kalkoen]

Ik heb eens een bronnetje gezocht om dit (ok, het komt misschien fantastisch over) verhaal wat kracht bij te zetten. Toevallig is er in science een recent artikel verschenen waar ze de gravimetrische anomalien van de aarde proberen te meten. De conclusie is dat de achterkant een grote zwaarte-anomalie heeft, en die kan er alleen maar komen doordat de korst stijf genoeg is. Zoals je wel weet, op aarde geldt isostasie: als er gewicht op de korst bijkomt, zinkt de korst. Dit is een beetje zoals een ijsberg: hoe hoger de ijsberg, hoe dieper hij onder water zit. De korst onder de himalaya is ten opzichte van eenzelfde nul-lijn veel dikker en dieper dan hier in de lage landen. En scandinavië heeft ooit een ijskap op zich gehad en zit op dit moment te diep, maar dat is nu terug omhoog aan het komen. Zoals je wel weet, heeft de maan op dit moment geen vloeibare kern en is dat ding dood, maar vroeger had ze dit wel. De korst was toen al vele male dikker.

http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/323/5916/900

Ik hoor hier argumenten die stellen dat de vorm niet uitmaakt in het draaimoment van de maan, een hamermaan zou ook draaien. Nu, dat klopt in theorie. Ik veronderstel dat je bedoeld dat de maan dan niet rond haar omschreven bolvorm-middelpunt zou draaien, maar rond een massamiddelpunt dat de dikkere kant zou compenseren. Het probleem is echter dat, vanwege de observaties, gedacht wordt aan een katastrofale uitvloei van basalten. Voor de uitvloei van deze basalten, lag het systeem aarde-maan al in een evenwicht. Het massamiddelpunt en de draai-as van de maan lagen vast. De maan (en elke planeet) gedraagt zich als een vliegwiel. Als het vliegwiel plots niet meer perfect rond is, zal de extra massa niet van de ene op de andere moment een as-wijziging van het vliegwiel bewerkstelligen, maar zal die extra massa fungeren als rem. Probeer dat maar eens uit: neem een fietswiel en laat dit draaien. Hang er dan een gewichtje aan, en je zal vervolgens een geforceerde draaibeweging waarnemen.

Het is natuurlijk verkeerd om dit als enige theorie te stellen, maar zoals bij vele dingen op dit niveau geldt, wordt er nog veel over gedebateerd. Een en ander wordt ook gelinkt aan het al dan niet ontstaan van de maan door een botsing van aarde en een andere planeet, of de vangst van de maan als toevallige voorbijganger, zonder botsing. Vertraging van de rotatie door de getijden wordt inderdaad soms ook gegeven (http://adsabs.harvard.edu/full/1962IAUS...14....3M), maar het wezen van een gravimetrische anomalie langs de verste kant van de maan, kan natuurlijk niet ontkent worden. Een vertraging van de rotatie door getijden, verklaart nog niet waarom toevallig altijd dezelfde zijde naar ons gekeerd is.

[eendavid]

We zijn natuurlijk vooral op zoek naar een bron die bevestigt dat de vermelde processen ervoor zorgen dat de maan altijd naar de aarde kijkt, niet naar een bron die zegt dat de vermelde processen wel degelijk plaatsvonden. Ik heb helaas geen online toegang tot science, maar het abstract zegt alleszins niets over dit causaal verband.

Een vertraging van de rotatie door getijden, verklaart nog niet waarom toevallig altijd dezelfde zijde naar ons gekeerd is.

Toch wel hoor. Google 'tidal locking'.

Het vliegwiel-argument begrijp ik niet. Stel de maan is eerst sferisch symmetrisch, en dan vindt er een proces plaats waardoor zwaar materiaal naar één kant van de maan vliegt (als ik het goed begrijp door vulkanische activiteit). Het massamiddelpunt van de maan blijft hierbij hetzelfde, en behoud van impulsmoment leert dat de rotatieas rond dit massamiddelpunt onveranderd blijvt. Er is een kleine verandering van rotatiegrootte (immers het traagheidsmoment verandert), maar dit vormt geen continue rem. Dus ik zie de maan gewoon verder roteren rond haar oorspronkelijke willekeurige as, aan een nieuwe willekeurige rotatiesnelheid. Er is in dit proces helemaal niets dat de rotatie-as en rotatiesnelheid synchroniseert met de aarde.

edit: ik heb het laatste punt wat extra verduidelijkt.

[Kalkoen]

Het vliegwiel-argument begrijp ik niet. Stel de maan is eerst sferisch symmetrisch, en dan vindt er een proces plaats waardoor zwaar materiaal naar één kant van de maan vliegt (als ik het goed begrijp door vulkanische activiteit). Het massamiddelpunt van de maan blijft hierbij hetzelfde, en behoud van impulsmoment leert dat de rotatieas rond dit massamiddelpunt onveranderd blijvt.

Dit klopt niet: wanneer massa zich assymetrisch (dus in het geval van de maan naar één kant) deels verplaats, schuift het massamiddelpunt en dus ook de gewenste rotatie-as zich mee naar dat punt. (de reden van de verschuiving op de maan is nog gecontesteert, er wordt ook gedacht aan een meteorietinslag die een hol in de korst heeft geslagen, zonder dat de korst zich heeft verzet)

Als je de uitleg van tidal locking trouwens doorneemt, zie je dat het principe van een vervorming van de maan trouwens hetzelfde is. Tidal locking gaat erover dat de hemellichamen, onder elkaars invloed vervormen (tot een ovaal). Zoals we op aarde de watergetijden kennen, zo hebben we ook de aardgetijden. Op soortgelijke manier hebben we ook de maangetijden.

Het komt er dus op neer dat elk lichaam "ovaal" wordt getrokken in de richting van de trekkracht. De reden van de vertraging zit hem volgens tidal locking dus over een intertie van de ovaaltrekking ten opzichte van de opgelegde rotatie, en dat de het aanhouden van die inertie bijgevolg een rem zal veroorzaken: de rotatie moet telkens tegenwerken in een tot ovaal vervormde maan. De lengte-as van de ovaal zal zich dus nooit exact in dezelfde richting bevinden als de trekkracht: tegen dat de ovaal is gevormt, is ze al verder gedraait. En dit genereerd inderdaad interne wrijving.

Nu, dit principe werkt natuurlijk ook, maar de enige manier dat dit principe kan werken, is dus dat er - ongeacht een gravitationele anomalie - dus vervorming optreedt. Mocht de maan 100% rigied blijven, zo tidal locking niet kunnen bestaan.

Dat de aarde trager draait, heeft inderdaad ook te maken met de getijdewerking zoals ik kwam te vertellen.

De reden waarom we echter juist deze kant van de maan zien, en niet de andere kant, is omdat de vervorming van de maan, door een gravimetrische anomalie al een sterk handje is geholpen door het uitvloeien van lava's langs de andere kant. Mocht dit niet het geval zijn, zou het best mogelijk zijn dat het mechanisme van tidal locking op zich nog steeds aan het zoeken is naar een evenwicht, want de extra massa van de basalten langs de achterkant, vervormen de ideale bolvorm vele malen meer dan de getijden de maan op een ovaal trekken.

[eendavid]

Dit klopt niet: wanneer massa zich assymetrisch (dus in het geval van de maan naar één kant) deels verplaats, schuift het massamiddelpunt en dus ook de gewenste rotatie-as zich mee naar dat punt. (de reden van de verschuiving op de maan is nog gecontesteert, er wordt ook gedacht aan een meteorietinslag die een hol in de korst heeft geslagen, zonder dat de korst zich heeft verzet)

Dus de bewering is dat bij een vulkaanuitbaarsting op de maan het massamiddelpunt van de maan verandert? Ik begrijp er minder en minder van.

Als je de uitleg van tidal locking trouwens doorneemt, zie je dat het principe van een vervorming van de maan trouwens hetzelfde is.

Hoezo dat is hetzelfde? Het punt is eigenlijk dat de aarde een koppel uitoefent op de maan. Moest de maan aan star object zijn, dan zal dit koppel na 1 rotatie van de maan geen effect maken: wanneer het koppel wordt uitgemiddeld over een periode is er niets veranderd (valt af te leiden met behoud van energie). Bij tidal locking is er daarentegen continu wrijving die voor een continu remmend effect zorgt op rotatie die niet gesynchroniseerd is (het koppel middelt niet uit, omdat de vorm steeds verandert). Dit effect is afwezig bij het verhaal dat jij vertelt (waar slechts eenmalige massaverplaatsing is). Op welke bron baseer je dit causaal verband? Elk tekstboek zal je iets anders vertellen...

Mocht de maan 100% rigied blijven, zo tidal locking niet kunnen bestaan.

Inderdaad, bij een 100% starre maan zouden we alle kanten van de maan kunnen zien.

[Kalkoen]

Dus de bewering is dat bij een vulkaanuitbaarsting op de maan het massamiddelpunt van de maan verandert? Ik begrijp er minder en minder van.

Er treedt toch een verschuiving op als je langs één van de zijden een massa toevoegt? Neem een gewicht om gewicht te heffen, hang langs één der zijden wat massa bij, dan is het middenpunt van de baar toch niet langer het massamiddelpunt?

Hoezo dat is hetzelfde? Het punt is eigenlijk dat de aarde een koppel uitoefent op de maan. Moest de maan aan star object zijn, dan zal dit koppel na 1 rotatie van de maan geen effect maken: wanneer het koppel wordt uitgemiddeld over een periode is er niets veranderd (valt af te leiden met behoud van energie). Bij tidal locking is er daarentegen continu wrijving die voor een continu remmend effect zorgt op rotatie die niet gesynchroniseerd is (het koppel middelt niet uit, omdat de vorm steeds verandert). Dit effect is afwezig bij het verhaal dat jij vertelt (waar slechts eenmalige massaverplaatsing is).

In beide gevallen gaat het om een traagheidseffect dat optreedt op zoek naar een evenwicht. In het geval van tidal locking, is het traagheidseffect een continue vervorming vanwege de rotatie, terwijl de lengterichting van de ellips in evenwichtstoestand naar de aarde zou moeten wijzen maar tegen dat de vervorming is ingesteld, al een stukje verder is gedraait.

In het geval van de herverdeling van de massa van de maan, is de intertiefactor een verandering van massamiddelpunt en rotatie-as naar de massa-anomalie toe. De maan gaat namelijk niet direct zijn nieuwe massamiddelpunt opnemen in de rotatie-as, maar geleidelijk. In die zin is uw redeneringsfout dat hoewel de vorm zeer kortstondig veranderd, de rotatie-as niet direct zal reageren op de verandering van vorm. Mocht ze dat inderdaad plotsklaps dezelfde moment doen, zou er natuurlijk geen rem-effect zijn.

[Jan van de Velde]

In die zin is uw redeneringsfout dat hoewel de vorm zeer kortstondig veranderd, de rotatie-as niet direct zal reageren op de verandering van vorm. Mocht ze dat inderdaad plotsklaps dezelfde moment doen, zou er natuurlijk geen rem-effect zijn.

Die rotatie-as verandert wél onmiddellijk bij verandering van vorm, of beter, de vorm zal veranderen rondom die rotatie-as Die rotatie-as (dwz massamiddelpuntsas) blijft daarbij dezelfde baan volgen (wat betekent dat delen van het object niet meer dezelfde baan zullen maken. En gesteld dat het impulsmoment verandert door deze herverdeling van massa, dan zal de draaisnelheid ook onmiddellijk veranderen. Blijft de vorm daarna 100% star, zodat geen inwendige wrijving meer optreedt door wisselende getijdekrachten (een hypothetisch en praktisch onmogelijk geval), dan draait daarna alles vrolijk verder op de nieuwe snelheid, tot in de eeuwigheid.

De enige reden voor een afname van draaiing kan een afname van energie zijn. En dat kan in het geval van zo'n vrij draaiend object als de maan eigenlijk alleen door inwendige wrijving zijn. Uitwendige wrijving is te verwaarlozen.

[Kalkoen]

Er zijn dan toch steeds 2 effecten die spelen: een verandering van impulsmoment zal een vertraging aan de rotatie opleggen rond een nieuwe rotatie-as en er zal een nieuwe negatieve hoekversnelling plaatsvinden rond de nieuwe rotatie-as. Dit gebeurt onafhankelijk van de nabijheid van één of ander lichaam.

Ter zelfde tijd zal de aarde een aantrekking voorzien waardoor de maan wordt afgeremd als bijvoorbeeld een slinger. Dit kan omdat er een periode is dat de maan niet stabiel is en door de onperfecte rotatie een slingerbeweging ontstaat, en het is die beweging die wordt afgeremd waardoor de maan nog steeds blijft roteren, maar wel steeds met dezelfde kant naar de aarde gericht.

[eendavid]

Er treedt toch een verschuiving op als je langs één van de zijden een massa toevoegt? Neem een gewicht om gewicht te heffen, hang langs één der zijden wat massa bij, dan is het middenpunt van de baar toch niet langer het massamiddelpunt?

Het massamiddelpunt van de maan blijft hetzelfde (dat wil natuurlijk zeggen: op dezelfde baan), tenzij een externe kracht op de maan inwerkt, of tenzij externe massa wordt toegevoegd. Als ik aan de maan extern gewicht toevoeg, langs 1 kant, dan verandert het massamiddelpunt vanzelfsprekend (maar dat is niet waar het hier over gaat). Dit is erg triviaal (gewoon kijken naar de wet van Newton:

\(\dot{p}=0\)

). Ook het punt dat het impulsmoment behouden blijft tijdens een vulkaanuitbarsting is erg triviaal.

Samenvattend:

1. Er is een goede verklaring, die overal wordt bevestigd. Blijkbaar heb je deze verklaring nooit grondig bestudeerd, getuige

Een vertraging van de rotatie door getijden, verklaart nog niet waarom toevallig altijd dezelfde zijde naar ons gekeerd is.

2. Het verhaal dat jij brengt leidt niet tot gesynchroniseerde rotatie.

3. Je weigert om de bron van dit verhaal te geven.

Ik begrijp je motivatie niet goed...