Приливный нагрев (также известный как приливная работа или приливное изгибание ) происходит в результате процессов приливного трения : орбитальная и вращательная энергия рассеивается в виде тепла либо (или обоих) на поверхности океана или внутри планеты или спутника. Когда объект находится на эллиптической орбите , приливные силы , действующие на него, сильнее вблизи перицентра , чем вблизи апоцентра. Таким образом, деформация тела из-за приливных сил (т.е. приливная выпуклость) меняется на протяжении его орбиты, создавая внутреннее трение, которое нагревает его внутреннюю часть. Эта энергия, полученная объектом, исходит из его орбитальной энергии и/или энергии вращения , поэтому со временем в системе двух тел исходная эллиптическая орбита превращается в круговую орбиту ( приливная круговая орбита ), а периоды вращения двух тел корректируются в сторону соответствие орбитальному периоду ( приливная блокировка ). Устойчивый приливный нагрев происходит, когда эллиптическая орбита не может вращаться по кругу из-за дополнительных гравитационных сил со стороны других тел, которые продолжают тянуть объект обратно на эллиптическую орбиту. В этой более сложной системе орбитальная и вращательная энергия все еще преобразуется в тепловую энергию; однако теперь большая полуось орбиты будет уменьшаться, а не ее эксцентриситет .
Приливное нагревание ответственно за геологическую активность самого вулканически активного тела Солнечной системы : Ио , спутника Юпитера . Эксцентриситет Ио сохраняется в результате ее орбитального резонанса с галилеевыми спутниками Европой и Ганимедом . [1] Тот же механизм обеспечил энергию для таяния нижних слоев льда, окружающего скалистой мантии следующего ближайшего большого спутника Юпитера, Европы. Однако нагрев последнего слабее из-за уменьшенного изгиба - у Европы частота обращения составляет половину орбитальной частоты Ио, а радиус на 14% меньший; Кроме того, хотя орбита Европы примерно в два раза эксцентричнее орбиты Ио, приливная сила падает с кубом расстояния и на Европе составляет лишь четверть силы. Юпитер поддерживает орбиты спутников посредством приливов, которые они вызывают на нем, и, таким образом, его энергия вращения в конечном итоге питает систему. [1] Аналогично считается, что спутник Сатурна Энцелад имеет под своей ледяной корой жидкий водный океан из-за приливного нагрева, связанного с его резонансом с Дионой . Считается, что гейзеры водяного пара , выбрасывающие материал с Энцелада, приводятся в действие за счет трения, возникающего внутри него. [2]
Мунк и Вунш (1998) подсчитали, что Земля испытывает приливное нагревание мощностью 3,7 ТВт (0,0073 Вт/м 2 ), из которых 95 % (3,5 ТВт или 0,0069 Вт/м 2 ) связано с океанскими приливами и 5 % (0,2 ТВт или 0,0004 Вт/м 2 ). Вт/м 2 ) связан с земными приливами , причем 3,2 ТВт обусловлены приливным взаимодействием с Луной, а 0,5 ТВт — приливным взаимодействием с Солнцем. [3] Эгберт и Рэй (2001) подтвердили эту общую оценку, написав: «Общее количество приливной энергии, рассеиваемой в системе Земля-Луна-Солнце, теперь четко определено. Методы космической геодезии — альтиметрия, спутниковая лазерная локация, лунная лазерной локации — сошлись до 3,7 ТВт ...» [4]
Хеллер и др. (2021) подсчитали, что вскоре после образования Луны, когда Луна вращалась по орбите в 10–15 раз ближе к Земле, чем сейчас, приливный нагрев мог внести примерно 10 Вт/м 2 нагрева в течение, возможно, 100 миллионов лет, и что это могло объяснить повышение температуры на ранней Земле до 5°C. [5] [6]
Харада и др. (2014) предположили, что приливный нагрев мог создать расплавленный слой на границе ядра и мантии Луны. [7]
Ближайший спутник Юпитера Ио испытывает значительный приливный нагрев.
Скорость приливного нагрева на спутнике, который является спин-синхронным , копланарным ( ) и имеет эксцентричную орбиту , определяется выражением:
Приливно-рассеиваемая мощность в несинхронизированном ротаторе определяется более сложным выражением. [12]