Astronomie

Effets de la marée solaire sur les planètes

Effets de la marée solaire sur les planètes


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Il est bien connu que les marées (lunaires) sur Terre entraînent un transfert de moment angulaire de la Terre proprement dite à la Terre-Lune orbital mouvement. C'est pourquoi la Lune réside aujourd'hui sur une orbite terrestre élevée, et la rotation axiale de la Terre est aujourd'hui beaucoup plus lente que par le passé (Hadéen, Archéen etc.).

Qu'en est-il des effets de solaire les marées, en effet ? Le moment angulaire doit certainement être transféré de la Terre proprement dite au mouvement orbital Terre-Soleil. Cela se traduit-il par une infime augmentation du moment angulaire orbital héliocentrique de (Terre + Lune) au cours des millénaires ? Qu'en est-il de Mars et de Cérès : la marée solaire freine-t-elle leur rotation axiale et modifie-t-elle légèrement leurs orbites ? Et qu'en est-il de Vénus : son freinage de marée solaire explique-t-il complètement la lenteur de la rotation ?

Addenda. La marée solaire ne doit pas être confondue avec l'effet « double » : la marée planétaire sur l'étoile centrale. Il existe également et a beaucoup d'importance pour les planètes (extrasolaires) sur des orbites proches - mais cette question ne concerne pas les marées sur le Soleil. J'accepterais une réponse en supposant que la gravité du Soleil est à symétrie sphérique, en négligeant la déviation du Soleil par rapport à la symétrie sphérique, ainsi que la rotation (allant même jusqu'à tenir compte de la Relativité Générale). La marée solaire est interaction entre cette gravité et l'objet en orbite. D'après les lois de Newton, la gravitation affecte réciproquement la quantité de mouvement du Soleil (et, par conséquent, la vitesse), et nous pouvons ignorer ici tout effet sur le Soleil au-delà de son mouvement de translation (impulsion/vitesse/position).


Vous avez raison; l'effet des marées solaires sur la Terre serait d'augmenter le moment angulaire orbital de la Terre (ou Terre+Lune) autour du Soleil. Mais il serait difficile de le calculer correctement, et probablement impossible de mesure l'effet, à cause de toutes les autres petites modifications de l'orbite terrestre en cours.

Un moyen simple de voir l'effet (que je suppose que vous avez déjà calculé) est d'imaginer deux objets de masse égale en orbite circulaire autour de leur centre de masse commun (à mi-chemin entre les deux), l'un en fait une masse ponctuelle (par exemple, trou noir) et l'autre étant la Terre. Si tous les mouvements sont progrades (la Terre tourne dans le même sens que l'orbite) et que la Terre tourne plus vite que la période orbitale, alors le renflement de la Terre sera légèrement en avance sur la direction Terre-Soleil. Ensuite, le renflement du côté proche subira une force de retardement de la masse ponctuelle (ralentissant la rotation de la Terre) tout en tirant simultanément sur la masse ponctuelle dans approximativement la même direction que le mouvement orbital de cette dernière. Ainsi, la masse ponctuelle est accélérée, ce qui augmente le moment angulaire et agrandit l'orbite.

Je crois que la plupart des tentatives d'estimation du couple de marée solaire sur la Terre finissent par commencer environ 5 à 10 fois plus faible que le couple lunaire, donc la majeure partie du ralentissement de la rotation de la Terre est toujours due à la Lune.

Bien sûr, dans le système solaire réel, le Soleil également subit un renflement de marée soulevé par la Terre, qui (parce que le Soleil tourne plus vite que l'orbite de la Terre) accélérera la Terre vers l'avant sur son orbite, également s'ajoutant au moment angulaire orbital. Mais alors vous devez vous rappeler que Vénus et Mercure augmenteront plus grand renflements de marée sur le Soleil avec des périodes différentes (par rapport à l'orbite de la Terre), et donc l'effet combiné devient compliqué.

Quant à Mars et Cérès : oui, en principe le même effet s'appliquerait. Mais il serait plus faible pour Mars (rayon planétaire plus petit, distance plus grande du Soleil) et beaucoup plus faible pour Cérès (mêmes raisons, sauf en plus).

En plus, tout des orbites sont affectées par les interactions de N corps avec le reste des planètes (en particulier Jupiter), ce qui, je le soupçonne fortement, signifie que tout changement potentiel du moment angulaire orbital dû aux marées solaires serait balayé par les différents N corps et interactions résonnantes.

(Je crois comprendre que le freinage par marée solaire pourrait expliquer les rotations actuelles de Mercure et de Vénus, bien que vous ne puissiez vraiment pas en être sûr car vous ne savez pas ce que leur initiale les rotations étaient.)


Effets de la marée solaire sur les planètes - Astronomie

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

  • Décrire ce qui cause les marées sur Terre
  • Expliquer pourquoi l'amplitude des marées change au cours d'un mois

Quiconque vit près de la mer connaît les marées montantes et descendantes deux fois par jour. Au début de l'histoire, il était clair que les marées devaient être liées à la Lune, car le retard quotidien de la marée haute est le même que le retard quotidien du lever de la Lune. Une explication satisfaisante des marées attendait cependant la théorie de la gravité, fournie par Newton.


Les marées de Jupiter peuvent aider les scientifiques à comprendre l'histoire du système solaire

Les lunes de Jupiter infligent un remorqueur gravitationnel sur leur planète hôte.

Jupiter ne ressemble pas beaucoup à la Terre – ce qui rend les recherches de Benjamin Idini, étudiant diplômé de Caltech, sur ses marées d'autant plus intéressantes. Il n'y a pas de vagues à surfer pour les futurs surfeurs joviens.

"Si vous deviez essayer de plonger dans Jupiter, vous ne vous arrêteriez jamais", dit Idini Inverse. "Vous continueriez à tomber jusqu'à ce que la pression soit si forte qu'elle vous écraserait probablement."

Dans une étude publiée dans Le Journal des sciences planétaires, Idini et ses collègues ont examiné les effets que les 79 lunes de Jupiter pourraient avoir sur la plus grande planète de notre système solaire, et les ont comparés aux effets que nous observons entre la Terre et la Lune. En tant que géante gazeuse, Jupiter n'a pas le noyau solide des planètes rocheuses comme la Terre et Vénus, et est constituée d'hydrogène métallique liquide sous une pression extrême.

L'étude a utilisé les données recueillies lors de la mission Juno pour traquer les effets gravitationnels de la lune et a découvert que l'un d'eux avait l'effet le plus profond : Io.

Quoi de neuf - La sonde Juno étudie Jupiter depuis 2016, en orbite autour de la planète une fois tous les 53 jours. Dans un ensemble de données, les scientifiques ont découvert quelque chose d'inhabituel : une petite perturbation gravitationnelle au sein de Jupiter.

Une analyse plus poussée a révélé un autre type de marée qui traverse toute la planète elle-même. Plutôt que l'effet bien connu des marées hydrostatiques, qui est en jeu sur Terre, l'équipe a découvert un effet supplémentaire connu sous le nom de marées dynamiques. Les marées dynamiques se produisent lorsque l'influence gravitationnelle de la lune provoque des oscillations dans tout l'intérieur de la planète gazeuse.

Une seule chose dans le voisinage de Jupiter pourrait provoquer ces marées : Idini et ses collègues se sont tournés vers les lunes pour trouver un coupable. Jupiter a 79 lunes, mais seulement quatre d'entre elles sont de taille substantielle :

  • Io - un monde volcanique infernal crachant constamment de la lave dans l'espace à cause du remorqueur de Jupiter
  • Europe - une lune légèrement plus petite que la nôtre, qui aurait un océan sous sa croûte de glace
  • Ganymède — la plus grande lune de notre système solaire, plus grande encore que la planète Mercure
  • Callisto — la deuxième plus grande lune de Jupiter, légèrement plus petite que Mercure

Io est la troisième lune la plus grande et la plus intérieure de ces satellites naturels, souvent appelés les lunes galiléennes. Bien qu'il ne soit peut-être pas aussi massif que Ganymède ou Callisto, sa proximité avec Jupiter a fini par en faire le coupable des marées dynamiques.

Le reste des lunes a également un effet gravitationnel sur Jupiter, mais il est beaucoup plus petit et plus difficile à détecter.

Voici le contexte - Comparé à l'effet sur les océans de la Terre, l'effet de la lune de Jupiter n'est pas très différent, sauf qu'il a lieu sur toute la planète.

"La principale différence est que sur Terre, nous avons le mouvement des océans sur la Terre solide, ou le fond des océans", explique Idini. "Jupiter, nous n'avons pas de fond océanique ou quelque chose comme ça parce que Jupiter est presque entièrement fluide."

Cela signifie que l'intérieur de Jupiter agit très différemment de celui de la Terre - par exemple, certaines données Juno indiquent qu'il n'y a peut-être pas de limites définies entre le noyau et les couches supérieures, le noyau pénétrant vers le haut.

Pourquoi est-ce important - Cette découverte récente aidera les scientifiques à étudier l'intérieur de la planète géante gazeuse du système solaire.

En sondant l'ensemble de données récent, les scientifiques peuvent découvrir la profondeur de l'intérieur de Jupiter.

"L'étude que nous venons de publier, c'est le début d'une ligne de recherche", dit Idini. "Nous pouvons utiliser ces informations pour dire quelque chose sur le noyau de Jupiter."

En remontant le temps avec Jupiter, les scientifiques ont également une idée du système solaire primitif et de sa formation. Et en utilisant cette connaissance, ils peuvent ensuite l'appliquer à d'autres systèmes planétaires qu'ils découvrent dans la quête d'exoplanètes en orbite autour d'étoiles étrangères.

Et après - La mission Juno devrait se terminer en juillet 2021, mais l'équipe à l'origine de la récente étude espère qu'elle continuera à leur fournir de nouvelles informations sur Jupiter.

"Chaque fois que Juno passe, nous obtenons une meilleure image de Jupiter", dit Idini. "Les gens devraient rester à l'écoute s'ils veulent découvrir l'intérieur de Jupiter."

Sur la base de l'étude récente, les chercheurs peuvent créer des modèles de Jupiter avec un noyau solide minuscule ou avec un noyau dilué et découvrir lequel correspond au même effet de marée observé par Juno.

En rassemblant plus d'informations sur Jupiter, les scientifiques sont en mesure de reconstituer l'histoire de la planète et son évolution au fil du temps.

« Voici à quoi ressemble la planète aujourd'hui, mais vous pouvez remonter dans l'histoire du système solaire à partir des mesures que nous avons aujourd'hui ainsi que de nos connaissances en physique et du comportement de la matière et essayer de reproduire les premiers stades de Jupiter. » dit Idini. « À quoi ressemblait Jupiter il y a 4,5 milliards d'années ?


La Terre et la Lune

Des décennies se sont écoulées depuis que la fascination des humains pour la Lune a galvanisé l'exploration de la galaxie et l'observation des étoiles lointaines. Au cours de la course à l'espace des années 1950 et 1960, les nations se sont efforcées et ont réussi à atteindre le satellite naturel de la Terre pour propulser l'humanité vers de nouveaux sommets. Bien que cet intérêt ait diminué et que les humains se soient largement éloignés de la pertinence de la Lune, ses effets sur Terre restent toujours aussi importants. Non seulement notre satellite rocheux est responsable des marées et de nos saisons, qui font partie du rythme et des battements cardiaques mêmes de la vie sur notre planète, mais il affecte également l'axe de rotation de la Terre et rend les conditions plus favorables à la vie elle-même. L'intérêt humain pour la Lune a également été alimenté par d'autres phénomènes tels que les phases lunaires, les éclipses et la libration. En reconnaissant et en propageant ces effets, le but de cette étude est de raviver la fascination que les humains avaient autrefois pour la Lune et l'exploration spatiale en général.

E ffect sur les océans et les marées

Lorsque nous pensons à la relation entre la Terre et la Lune, la première chose qui nous vient peut-être à l'esprit sont les marées. Depuis l'aube de notre existence, la montée et la baisse régulières des niveaux d'eau le long de nos côtes ont continué à symboliser l'influence incessante de la Lune sur notre planète. Ils ont contribué à rendre les conditions ici plus favorables à la vie, et sont principalement dus à la combinaison de deux choses : la gravité et l'inertie. 1

Les marées océaniques créent un environnement unique dans notre système solaire, où la vie peut subir à la fois une immersion dans l'eau et une exposition à l'air dans un intervalle de temps de quelques heures seulement. De cette façon, les organismes sont brièvement exposés aux contraintes d'un monde étranger, puis renvoyés dans leur habitat d'origine. Il est possible que ces changements contribuent à favoriser le passage d'un environnement à l'autre. 2 Pour cette raison, il semble tout à fait plausible que l'existence de la Lune ait pu déclencher le mouvement de la vie aquatique de la Terre vers la terre. 2 Mais qu'est-ce qui cause les marées ? Il y a environ quatre cents ans, Galilée croyait que le mouvement de haut en bas du niveau de la mer était analogue au ballottement de l'eau dans un vase. 3 Plus tard, Newton a expliqué le phénomène en utilisant un concept qu'il avait lui-même développé : la gravitation. 4 Aujourd'hui, nous considérons que l'explication de Newton est la bonne.

Figure 1–L'inertie et la gravitation travaillent ensemble pour provoquer les marées.
La source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tides2.PNG
Autorisation: CC-BY-SA 3.0
Auteur: Thérèse Knott

Figure 2Les marées de printemps se produisent lorsque l'attraction gravitationnelle du Soleil s'ajoute à celle de la Lune.
La source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tides3.PNG
Autorisation:CC-BY-SA 3.0
Auteur: Thérèse Knott

La Lune exerce une force gravitationnelle sur la Terre. Bien que sa masse ne représente qu'environ 1/100e de la masse de la Terre 1 , la force qu'elle exerce sur la Terre est suffisamment forte pour faire bomber les océans, évidemment moins denses que les continents, vers la Lune. Ils le suivent alors que la Terre tourne sous eux. 1 En plus de cette force de gravité, l'inertie joue un rôle dans la création des marées. L'inertie est définie comme la tendance d'un objet à résister aux changements de mouvement. 5 Comme l'eau du côté de la Terre la plus proche de la Lune subit une attraction de la Lune, l'eau la plus éloignée de celle-ci subit le moins de gravité et reste donc immobile. Cela crée deux renflements de chaque côté de la Terre, expliquant pourquoi il y a deux marées hautes et deux marées basses à un endroit donné chaque jour. 6 Étant donné que la Terre n'est pas une sphère parfaite et que les masses continentales obstruent les océans, la différence entre les marées hautes et basses varie d'un endroit à l'autre. 1

La différence de hauteur entre les marées hautes et basses varie au fur et à mesure que la Lune croît et décroît, la plus grande plage se produisant une fois par mois. 6 Autour de chaque nouvelle et pleine lune, le Soleil, la Terre et la Lune sont plus ou moins alignés dans l'espace. À ces moments, l'attraction gravitationnelle du Soleil s'ajoute à celle de la Lune. La marée solaire moyenne est d'environ 50% de la marée lunaire moyenne. Pour cette raison, la marée est à son maximum à la nouvelle lune ou à la pleine lune. Nous appelons cela le marée de vive eau- non pas nommé d'après la saison, mais plutôt dans le sens de sauter, de monter ou d'éclater, car c'est la marée la plus extrême. 6

Les plus petites marées sont appelées marées mortes, et ils se produisent lorsque la gravité du Soleil contrecarre celle de la Lune. 6 Celles-ci ont lieu environ deux fois par mois, autour des phases du premier et du troisième trimestre. Par conséquent, il y a un intervalle d'environ 7 jours entre les grandes marées et les marées mortes. 6

figure 3Les marées mortes se produisent lorsque les forces gravitationnelles de la Lune et du Soleil se contrebalancent.
La source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tides4.PNG
Autorisation: CC-BY-SA 3.0
Auteur: Thérèse Knott

Effet des différentes phases lunaires

Les positions relatives du Soleil, de la Lune et de la Terre font bien plus qu'influencer nos marées. Ils sont également responsables des phases que présente notre satellite rocheux 7 , qui ont déjà été brièvement évoquées. Ce phénomène est quelque chose que la plupart des gens connaissent bien : au cours d'environ un mois, la face de la Lune tournée vers la Terre passe de l'obscurité totale à l'éclairage complet, puis redevient complètement sombre. Cette fluctuation douce peut s'expliquer par les angles changeants entre le Soleil, la Lune et la Terre.

Figure 4–Phases de la Lune.
La source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moon_phases_en.jpg
Autorisation: CC-BY-SA 3.0
Auteur: Orion 8

Commençons notre voyage à travers les phases de la Lune à la nouvelle Lune. Cela se produit lorsque le Soleil, la Lune et la Terre sont en ligne droite, avec la Lune au milieu. Par conséquent, du point de vue de la Terre, la Lune est si proche du Soleil qu'elle ne peut pas du tout être discernée. Lorsque la Lune orbite autour de la Terre, elle se déplace vers l'est dans le ciel, à la traîne du Soleil. Au fur et à mesure que cela se produit, il devient visible dans le ciel du soir et les observateurs sur Terre verront plus du côté ensoleillé de la Lune avec chaque nuit successive. Cela commence comme un croissant croissant et mûrit jusqu'à un premier quartier lorsque le disque de la Lune est à moitié illuminé. Comme vous pouvez le voir sur le diagramme, la Lune est à un angle de 90 ° par rapport à la Terre et au Soleil à cet endroit. 7 Les nuits suivantes, la surface de la Lune est éclairée à plus de la moitié, et on l'appelle gibbeuse croissante. Enfin, à mi-chemin du cycle lunaire, la Lune est alignée avec le Soleil et la Terre, mais au lieu d'être au milieu, comme c'est le cas à la nouvelle Lune, le Terre est au milieu. A ce moment, la Lune est pleinement illuminée et on dit qu'elle est pleine. Il se lève au coucher du soleil, reste dans le ciel toute la nuit et se couche au lever du soleil. 8

Immédiatement après la pleine lune, le processus décrit ci-dessus semble commencer à fonctionner en sens inverse. La Lune semble s'amincir chaque nuit, et on l'appelle gibbeuse décroissante. Lorsqu'elle atteint à nouveau un angle de 90° par rapport à la Terre et au Soleil, elle n'est qu'à moitié éclairée et on dit qu'elle a atteint son troisième quart de phase. À ce stade, la partie du disque qui était sombre au premier quart de phase est maintenant allumée. Après avoir atteint le troisième quartier, la Lune devient un croissant décroissant jusqu'à ce qu'elle atteigne à nouveau la nouvelle phase de la Lune. 8

Effet sur l'axe de rotation de la Terre

Pour discuter plus en détail des phénomènes lunaires restants, il est important de comprendre également les effets de la Lune sur l'axe de rotation de la Terre. La Lune assure la stabilité de l'inclinaison axiale de la Terre et d'autres fonctions de rotation, ce qui est vital pour les phénomènes terrestres comme les saisons qui seront discutés en profondeur dans la section suivante.

Tout d'abord, il est nécessaire de considérer comment la Terre a obtenu son inclinaison axiale. De nombreuses théories ont été proposées pour expliquer l'inclinaison axiale de la terre, mais l'hypothèse de l'impact géant a le plus de traction et de soutien scientifique. 9 Dans cette hypothèse, il est théorisé qu'un impact important entre deux objets de la taille d'une planète s'est produit. Un objet était connu sous le nom de Theia, tandis que l'autre objet était une planète jeune et nouvellement formée qui deviendrait la Terre. À la suite de la collision, les débris de Theia et d'autres débris de l'impact se sont regroupés pour former la Lune, tandis que l'impact a quitté la Terre avec un axe incliné. 9 Par conséquent, la Lune a non seulement fourni une stabilité à l'inclinaison de la Terre depuis sa formation, mais peut également contribuer de manière significative à l'existence de l'inclinaison elle-même.

Figure 5 — Étapes décrivant le processus de l'hypothèse de l'impact géant
La source: https://bookofresearch.wordpress.com/2015/02/15/hypothetical-theias-collision-with-early-earth-and-the-formation-of-our-moon/
Auteur: Livre de recherche

Figure 6–L'inclinaison axiale de la Terre par rapport au plan de l'écliptique
La source: http://scienceblogs.com/startswithabang/2010/06/21/measure-the-tilt-of-the-earth/
Auteur: Ethan Siegel

Quant à l'impact résultant sur l'orientation de la Terre, l'inclinaison actuelle de 󈬇,5 ° de l'axe de rotation de la Terre est une relique de la collision oblique qui [également] a produit la Lune. 2 La magnitude de l'inclinaison de la Terre n'est pas constante, variant de 22,1° à 24,5° sur un cycle complet d'environ 41 000 ans. 10 En termes plus simples, la Terre est toujours au milieu de ce cycle, mais en raison de la faible variation de 2,4° et de la longue période de la séquence de fluctuation de l'inclinaison, les effets sont difficiles à reconnaître sans analyse statistique à long terme. C'est là que la Lune mérite du crédit à différents niveaux. Comme discuté dans la section sur les océans et les marées, la Lune exerce de fortes forces gravitationnelles sur la Terre, mais en plus d'affecter les vagues et les océans, l'attraction « peut [également être] la clé pour faire de la Terre une planète habitable en modérant le degré d'oscillation de la Terre. inclinaison axiale. 11 Sans cette force modératrice, « les astronomes ont prédit que l'inclinaison de la Terre pourrait varier jusqu'à 85 ° ». 12 Il devient alors clair que la Lune offre une stabilité et une modération substantielles, car sans elle, il y a près de 35 fois (variation de 2,4° contre une variation de 85°) une augmentation de la variation. Cette variation ne serait pas propice aux activités de maintien de la vie autour de la Terre et, de toute évidence, les modèles météorologiques changeraient radicalement et sporadiquement sans cette stabilité. 12

La force gravitationnelle qui stabilise l'inclinaison axiale de la Terre a également un effet sur la précession de l'axe de la Terre. Une précession est l'oscillation circulaire en forme de cône qui existe avec la plupart des objets en rotation, et elle se produit lorsque l'orientation de rotation de l'objet incliné change en raison d'une torsion excessive. 13 Dans ce cas, c'est la force gravitationnelle de la Lune ainsi que d'autres forces gravitationnelles dans le système solaire (le plus pertinent, du Soleil) induisent ces oscillations dans la rotation axiale de la Terre. 10 Semblable au cycle d'inclinaison axiale de la Terre, le cycle de précession naturelle est d'environ 26 000 ans. 10 Par conséquent, d'un point de vue théorique, la combinaison des changements de précession et d'inclinaison peut avoir de graves effets sur le bilan de transfert de rayonnement Terre-Soleil, mais en raison des cycles relativement longs de ces deux processus, les effets réels qu'ils ont sur la Terre sont difficiles à quantifier à court terme. À long terme, ces deux cycles susmentionnés, ainsi que le cycle d'excentricité de la Terre, peuvent être regroupés et classés comme composants des cycles de Milankovitch. Les cycles de Milankovitch sont les résultats collectifs de ces trois cycles de rotation qui influencent les régimes climatiques à long terme sur Terre. 10 Les cycles de Milankovitch sont davantage liés au mouvement de la Terre autour du Soleil, mais la Lune joue un rôle essentiel dans la modération de ces cycles et est donc mentionnée pour révéler et soutenir l'importance de la Lune dans ces processus fondamentaux de rotation Terre-Soleil.

Figure 7 — Les cycles de Malinkovitch – Excentricité, inclinaison et précession
La source: http://gulfcoastcommentary.blogspot.ca/2013/11/what-causes-ice-ages.html
Auteur: Graham Hancock

E ffect sur les saisons de la Terre

Comme mentionné ci-dessus, l'une des fonctions vitales résultant de l'angle et de la stabilité de l'inclinaison axiale de la Terre est la formation des saisons. Si vous vous êtes déjà demandé pourquoi l'été, l'hiver ou toute autre saison se produit quand c'est le cas, où il se produit, il est essentiel d'analyser plus en détail l'effet de l'inclinaison de la Terre sur le climat et la contribution de la Lune à ces changements pour maintenir sa stabilité.

Comme nous le savons maintenant, la Terre est actuellement inclinée d'environ 23,5° sur son plan écliptique. 2 Cela signifie qu'à certains points de l'orbite terrestre autour du soleil, soit l'hémisphère nord, l'hémisphère sud ou l'équateur (deux fois sur une orbite complète) reçoit les plus hauts niveaux d'insolation, c'est-à-dire l'énergie solaire qui atteint la surface de la Terre. Cela se produit lorsque chaque emplacement respectif est incliné par l'inclinaison de la Terre plus directement vers le Soleil. 14 Ces cas où le soleil est directement au-dessus de la tête peuvent être facilement identifiés tout au long de l'année, par la durée du jour, le temps qu'il fait, et sont mieux connus sous le nom de solstices et équinoxes. Les solstices se produisent dans les hémisphères nord et sud lorsque les jours les plus longs et les plus courts se produisent. Le solstice d'été est le jour le plus long (21 juin dans l'hémisphère nord et 21 décembre dans l'hémisphère sud), tandis que le solstice d'hiver est le jour le plus court (21 décembre dans l'hémisphère nord et 21 juin dans l'hémisphère sud). Les équinoxes se produisent lorsque l'équateur reçoit le plus de lumière directe du soleil, et la durée du jour et de la nuit est relativement égale. 14 Ces dates et termes sont importants, car ils nous indiquent où se trouve la Terre sur son orbite et permettent de réaffirmer qu'elle est bien inclinée sur son axe. De manière comparable, "si la Terre était perpendiculaire au plan de son orbite autour du Soleil, il n'y aurait pas de jours de solstice et pas de saisons [expérimentées]". 15

Figure 8 — Les solstices et équinoxes de la Terre sur une orbite complète
La source: http://scijinks.gov/solstice/
Auteur: NASA – Scijinks

Figure 9 Comparaison de différentes inclinaisons axiales terrestres et du rapport d'énergie reçue entre le pôle et l'équateur
La source: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/orbtilt.html
Auteur: R. Nave – Université d'État de Géorgie

En plus de la manifestation des saisons, il est tout aussi important de reconnaître les effets de stabilisation susmentionnés de la Lune sur la Terre dans cette discussion. Lorsque la Lune tourne autour de la Terre, elle crée une force constante le long du plan transversal de l'axe de la Terre. Cette force de stabilisation supplémentaire nécessite un impact ou une aberration encore plus important pour que des changements se produisent dans l'axe de rotation et l'inclinaison de la Terre. 16 C'est l'angle d'inclinaison de la Terre qui crée les conditions nécessaires pour que la Terre connaisse les saisons, mais c'est la capacité de stabilisation de la Lune en combinaison avec d'autres fonctions de modération du climat (comme l'océan et l'atmosphère) qui a permis à ces conditions de maintien de la vie de persister pendant une période relativement longue. 11

Pour mieux comprendre l'inclinaison de la Terre et son effet sur les saisons, quelques exemples dans les deux extrêmes aideront à comprendre les effets que différents angles d'inclinaison peuvent avoir. En examinant la figure présentée ci-dessous, nous pouvons voir qu'à une inclinaison de 0°, les pôles reçoivent peu ou pas d'énergie, tandis que l'équateur reçoit la plupart, sinon la totalité, du rayonnement solaire. Dans un tel cas, nous nous attendons à ce que les régions équatoriales connaissent un temps beaucoup plus chaud et potentiellement trop chaud, tandis que les régions proches des pôles connaissent des situations inverses. Nous pouvons voir avec les quelques angles suivants, à mesure qu'ils augmentent (22,5° à 45° à 60°) les pôles font de plus en plus face au soleil plus directement, et par conséquent ont commencé à recevoir des niveaux croissants de rayonnement solaire. Les cercles polaires s'agrandissent même avec l'augmentation de la taille des angles et conduisent ainsi à des jours sans nuit aux pôles. À l'inclinaison complète de 90°, seuls les pôles reçoivent le rayonnement solaire direct et l'équateur deviendrait hautement habitable en raison du climat.

Cette illustration de différents angles d'inclinaison illustre davantage la nécessité pour la Lune de modérer l'inclinaison de notre Terre, car sans elle, notre Terre serait soumise à des fluctuations continues de l'angle d'inclinaison et, par conséquent, du climat. Ainsi, ne vous installez jamais sous un angle avantageux pour le maintien de la vie. En fin de compte, les saisons de la Terre dépendent de plusieurs aspects de son orbite, mais l'inclinaison de la Terre et la capacité de la Lune à maintenir cette inclinaison sont essentielles à notre climat propice.

Libération lunaire

Malgré le fait que la Lune est verrouillée par la marée sur la Terre et subit une rotation synchrone, les observateurs de notre planète peuvent en fait voir environ 59 % de la surface de la Lune depuis la Terre. 17 Ceci est causé par une combinaison d'effets connus sous le nom de librations lunaires. « Libration » vient du latin pour « balances », 18 et fait référence à l'apparence de « vacillement » de la Lune. Il en existe trois sortes : la libration en latitude, la libration en longitude et la libration diurne. 17

Libération en latitude se produit parce que l'axe de la Lune est incliné par rapport à la Terre. De notre point de vue, notre vision de la Lune fluctue entre les pôles nord et sud, donnant l'impression que la Lune hoche lentement la tête au cours du mois lunaire. Libération de longitude se produit parce que la Lune n'orbite pas à une vitesse constante - elle voyage plus lentement lorsqu'elle est plus éloignée de la Terre et plus rapidement lorsqu'elle est proche. Enfin, la libration peut également être observée au cours d'une seule nuit, phénomène connu sous le nom de libration diurne . Lorsque la Lune se lève, son bord ouest fait face à la Terre. Au moment où il se couche, le point de vue d'un observateur s'est déplacé jusqu'à quatre mille milles à l'est. Cela fait apparaître la Lune comme si elle secouait la tête "non" au cours de la nuit. 17

Figure 10–Animation de la libration lunaire, avec phase
La source: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Lunar_libration_with_phase_Oct_2007_450px.gif
Autorisation: Domaine public
Auteur: Tomruen

Figure 11A–Exemple de libration diurne. Photographie prise à 21h30 le 13 novembre 2016. Comparer à la figure 11B.
Crédit photo : Rina Rast, Photographie Lune d'Argent

Figure 11B–Exemple de libration diurne. Photographie prise à 5h30 du matin le 14 novembre 2016. Notez comment les cratères et la mer lunaire se sont déplacés par rapport à la figure 11A.
Crédit photo : Rina Rast, Photographie Lune d'Argent

E clips

Beaucoup d'entre nous ont eu l'occasion de regarder la pleine lune se faire lentement engloutir par une ombre sombre, puis virer à un rouge cuivré étrange et enfin sortir de sous l'ombre menaçante pour apparaître à nouveau comme une pleine lune ordinaire. Un plus petit nombre d'individus chanceux ont eu la chance d'observer le Soleil s'assombrir au milieu d'une journée claire, plongeant le monde dans une obscurité d'encre. Ces événements ont dû sembler très alarmants aux civilisations anciennes qui étaient fortement en phase avec les mouvements et les schémas des corps célestes. Aujourd'hui, on les appelle des éclipses. Ce sont quelques-uns des événements astronomiques les plus intéressants du calendrier d'un observateur du ciel, et ils sont rendus possibles grâce à l'alignement du Soleil, de la Lune et de la Terre.

Figure 12–Eclipse lunaire totale, 15 avril 2014
La source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lunar_eclipse_04-15-2014_by_R_Jay_GaBany.jpg
Autorisation: CC-BY-SA 3.0 Auteur: Robert Jay GaBany

Les éclipses de Lune, également appelées éclipses lunaires, se produisent lorsque le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés, avec la Terre au milieu. Ils ne peuvent se produire qu'à la pleine Lune, car notre satellite traverse une partie de l'ombre de la Terre. Cette ombre est en fait composée de deux ombres en forme de cône, appelées ombre et pénombre. 19 L'ombre de l'ombre est la zone où toute la lumière du Soleil est bloquée par la Terre. L'ombre ombrale est la zone où toute la lumière du Soleil est bloquée par la Terre. L'ombre pénombre, qui entoure l'ombre, est la région dans laquelle la Terre n'empêche qu'une partie des rayons du Soleil d'atteindre la Lune. 19

Si la Lune traverse la pénombre de la Terre, des éclipses pénombrales se produisent. Celles-ci représentent environ 35% de toutes les éclipses, 18 mais elles sont difficiles à observer et ne présentent qu'un intérêt académique, car l'ombre extérieure de la Terre est très difficile à discerner à la surface de la Lune. 30% supplémentaires sont appelés éclipses partielles, se produisant lorsque seule une partie de l'ombre de la Terre frappe la Lune. 19 Les 35 % restants des éclipses sont de loin les plus impressionnantes. Celles-ci se produisent lorsque la Lune entière traverse l'ombre de la Terre et sont appelées éclipses totales. Ils peuvent durer plus de 6 heures 20 et ils sont réputés pour la couleur rouge cuivré que prend la Lune pendant la totalité.

Les éclipses de Soleil, ou éclipses solaires, se produisent lorsque la Lune passe entre la Terre et le Soleil, à la nouvelle Lune. Si les trois objets sont correctement alignés, l'ombre de la Lune tombe sur la surface de la Terre et les observateurs peuvent voir une partie de la lumière du Soleil bloquée par la Lune. 20 Comme la Terre, la Lune a également deux ombres imbriquées, la pénombre et l'ombre. Lorsqu'une région de la Terre traverse la pénombre de la Lune, les observateurs de cette région voient une éclipse solaire partielle. Lorsque l'ombre ombrale (ou intérieure) de la Lune traverse la Terre, une éclipse solaire totale est observée. Parfois, lorsque la Lune est de l'autre côté de son orbite, elle apparaît trop petite sur Terre pour bloquer complètement la lumière du Soleil. Lorsque cela se produit, les observateurs voient un anneau de lumière autour de la Lune et une éclipse annulaire se produit.

Since the Moon orbits Earth every 29.5 days, it seems to make sense that we should experience lunar and solar eclipses every month. However, we know that solar eclipses only occur 2-5 times annually, 19 and lunar eclipses happen 2-4 times per year. 19 This is because the Moon’s orbit around Earth is tilted by about 5 ° , relative to Earth’s orbit around the Sun. 19, 20

This means that the Moon spends most of the time above or below Earth’s orbit, and so the three objects do not achieve the perfect alignment that is necessary for eclipses. These perfect alignments can only occur during the period of time in which the Sun is close enough to one of the Moon’s nodes–where the orbit of the Moon intersects the ecliptic. These seasons last about 31 to 37 days, and they occur about every 6 months. 21 If there is a full moon during this period, a lunar eclipse will occur. If there is a new moon during the period, then a solar eclipse will occur. Since it is about 15 days between full moon and new moon, there is enough time for 2-3 eclipses during each season. 20

Figure 13–Total Solar Eclipse, 1999
Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_eclipse_1999_4.jpg
Permission: CC BY-SA 3.0
Author: Luc Viatour / www.Lucnix.be

Figure 14–Partial solar eclipse
Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Partial_Solar_Eclipse.jpg
Permission: CC-BY-SA 3.0
Author: Ninjiangstar

Figure 15–Animation of an Annular Eclipse
Source: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4f/Eclipse_anular.gif Permission: CC-BY-SA 3.0
Author: Locutus Borg of es

As stated in the outset of this report, human fascination with the Moon had been stimulated by the collective effort of humanity to reach the Earth’s natural satellite. Although this fascination has largely dwindled after completing our goals, the technological advances, space related discoveries, and other benefits are daily reminders of the tangible rewards of space exploration and study of astronomy for humans.

We will first look at some past explorations and present exploits from space travel to the Moon to identify some of the social benefits that have accrued over time, as well as future benefits or uses for the Moon that have yet to be evoked or finalized.

P ast & Present

It was clear historical astronomers “knew the effects of tides and other biological cycles were from the waxing and waning of the Moon,” 22 but it took the beginning of “space-age exploration to show us how the Moon is connected to human existence on a very fundamental level.” 22

It all started with Russia’s launch of Sputnik 1 in October of 1957. It became the first man-made object to be intentionally launched into space and succeed in entering Earth’s orbit. From this success, it became apparent that the Moon was a reachable destination not only for probes and robotics, but potentially also for manned exploration. The repeated success of Russian robotics missions spurred other countries, mainly the United States to pursue similar feats in the industry and field of study. 22 Thus born in the US were the Ranger, Surveyor, and most importantly, Apollo series of missions that would all together greatly increase our knowledge of the Moon’s composition and physical landscape. Information and knowledge acquired through robotic means in Ranger and Surveyor missions would then be applied to ensure the safety of human exploration in the Apollo missions. 22 These initial exploratory searches completed by robotic means were vital to the success of manned missions. Additionally, the continual competition between American and Russian programs was also vital in accelerating progress. Within a decade, both programs were progressing from zero objects in space, to humans landing on the Moon. 22

The next logical step was to successfully land humans on the Moon. This was accomplished in the Apollo missions, when Apollo 11 in 1969, manned by the famous crew of Neil Armstrong, Michael Collins, and Buzz Aldrin successfully landed and walked on the moon. 22 It was from these missions that the first physical samples of lunar rock were brought back to the Earth to be tested and learned from. At this time, these samples along with samples collected from robotic missions, had profoundly invoked “scientists [to develop] a new view of the origin and evolution of the planets and life on Earth.” 22 The Apollo missions continued on and were now majorly functioning with greater focus on science and discovery. With each new Apollo mission exploring different areas on the lunar rock to develop a more complete understanding of astrophysical history and lunar composition. 22 Aside from providing a strong knowledge base on lunar history, the Apollo findings were also very applicable to understanding our own planet’s composition. The importance of these findings were amplified by the difficulty of studying Earth’s naturally active geologic crust and core.

These early days of space exploration are decades in the past, but there are benefits created from the pursuit of space in the 60’s and 70’s that have been highly applicable and advantageous to daily human lives to this day. These numerous space-inspired technologies that have made the transition to serve daily needs are continually promoted by space programs like NASA. 23 There are examples of tech and science across all industries that have transcended space use this includes products in health and medicine, transportation, public safety, consumer products, environmental resources, and more. Products within these categories can be exemplified by LEDs, artificial limbs, anti-ice systems, improved tires, landmine detection, fire protection, memory foam, freeze-dry technologies, software, programs, various food safety devices, water purification devices, and many more. 23

A lot of daily products, unknown to the average individual, were invented for space use well before becoming commercialized for public use. Although the initial and primary objectives of first space exploration programs were to discover extraterrestrial phenomena, the programs unintentionally developed hundreds and thousands of designs and concepts that became even more applicable on Earth. This quote sums up this whole notion quite well, as “[all these different products] that made man’s step on the Moon possible soon led to giant leaps in technology on Earth.” 24

F uture

The interest in future space exploration and space programs like NASA have dwindled since the expedition of the Moon. However, there are ideas, lessons, and certainly assets that can be utilized as learning experiences and directives for future missions.

It is quite clear that previously space missions and exploration of the Moon was largely driven by curiosity and to simply prove it was possible. However, NASA now believes if any return to the moon were to occur it would be to discover new ways the Moon can help grow and support spacefaring capabilities, as well as practice and develop skills and technologies that can be applied to other worlds. 22 At this point and time, NASA has little motivation to send manned units to return to the Moon. It is largely understood what the lunar rock has to offer, and that any missions returning to the Moon are largely to “orbit the moon, [and make] global maps of unsurpassed quality.” 22 It becomes apparent the Moon has been marked basically as a testing ground for new and future technologies that NASA is testing for further space exploration. Examining a recent press release from NASA, their interests lie in a variety of categories that do not include the Moon. Instead, key points regarding the Journey to Mars, the ISS, technological advancement, the Earth, and beyond our solar system were the more pertinent issues. 25 To that point, the Moon and it’s relevance to Earthly matters are not done or over. Instead, the success and lessons learned from human’s first endeavours into space are continually applied to future space programs. This is clear in the press release that although the Moon is not a headlined topic, it was the curiosity, exploration, and results of exploring the Moon that has now motivated astronomers, astronauts, and scientists to seek bigger and more impressive goals.


New conditions for life on other planets: Tidal effects change 'habitable zone' concept

Tides can render the so-called "habitable zone" around low-mass stars uninhabitable. This is the main result of a recently published study by a team of astronomers led by René Heller of the Astrophysical Institute Potsdam (AIP).

Extrasolar planets, or exoplanets for short, have been known to exist outside our solar system since 1995. When searching for life in outer space, scientists focus on those exoplanets that are located in the habitable zone. This means that they orbit their sun at a distance where the temperatures on the planet's surface allow for the presence of liquid water. Water is believed to be an essential ingredient for life. Until now, the two main drivers thought to determine a planet's temperature were the distance to the central star and the composition of the planet's atmosphere. By studying the tides caused by low-mass stars on their potential earth-like companions, Heller and his colleagues have concluded that tidal effects modify the traditional concept of the habitable zone.

Heller deduced this from three different effects. Firstly, tides can cause the axis of a planet`s rotation to become perpendicular to its orbit in just a few million years. In comparison, Earth's axis of rotation is inclined by 23.5 degrees -- an effect which causes our seasons. Owing to this effect, there would be no seasonal variation on such Earth-like planets in the habitable zone of low-mass stars. These planets would have huge temperature differences between their poles, which would be in perpetual deep freeze, and their hot equators which in the long run would evaporate any atmosphere. This temperature difference would cause extreme winds and storms.

The second effect of these tides would be to heat up the exoplanet, similar to the tidal heating of Io, a moon of Jupiter that shows global vulcanism.

Finally, tides can cause the rotational period of the planet (the planet's "day") to synchronize with the orbital period (the planet's "year"). This situation is identical to the Earth-moon setup: the moon only shows Earth one face, the other side being known as "the dark side of the moon." As a result one half of the exoplanet receives extreme radiation from the star while the other half freezes in eternal darkness.

The habitable zone around low-mass stars is therefore not very comfortable -- it may even be uninhabitable. From an observer's point of view, low-mass stars have so far been the most promising candidates for habitable exoplanets. Now, due to Heller's findings, Earth-like exoplanets that have already been found in the conventional habitable zone of low-mass stars, have to be re-examined to consider tidal effects.

Heller and his colleagues have applied their theory to GI581g: an exoplanet candidate that has recently been claimed to be habitable. They find that GI581g should not experience any seasons and that its day is synchronized with its year. There probably would be no water on the planet's surface, rendering it uninhabitable.

Heller said, "I think that the chances for life existing on exoplanets in the traditional habitable zone around low-mass stars are pretty bleak, when considering tidal effects. If you want to find a second Earth, it seems that you need to look for a second Sun."


Study corroborates the influence of planetary tidal forces on solar activity

A pair of active regions of the Sun, observed by the Solar Dynamics Observatory in a wavelength of extreme ultraviolet light. The arches above the regions consist of charged particles spinning along and revealing the magnetic field lines. Picture: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

One of the big questions in solar physics is why the sun's activity follows a regular cycle of 11 years. Researchers from the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), an independent German research institute, now present new findings, indicating that the tidal forces of Venus, Earth and Jupiter influence the solar magnetic field, thus governing the solar cycle. The team of researchers present their findings in the journal Solar Physics.

In principle, it is not unusual for the magnetic activity of a star like the sun to undergo cyclic oscillation. And yet past models have been unable to adequately explain the very regular cycle of the sun. The HZDR research team has now succeeded in demonstrating that the planetary tidal forces on the sun act like an outer clock, and are the decisive factor behind its steady rhythm. To accomplish this result, the scientists systematically compared historical observations of solar activity from the last thousand years with planetary constellations, statistically proving that the two phenomena are linked. "There is an astonishingly high level of concordance: what we see is complete parallelism with the planets over the course of 90 cycles," said Frank Stefani, lead author of the study. "Everything points to a clocked process."

As with the gravitational pull of the Moon causing tides on Earth, planets are able to displace the hot plasma on the sun's surface. Tidal forces are strongest when there is maximum Venus-Earth-Jupiter alignment a constellation that occurs every 11.07 years. But the effect is too weak to significantly perturb the flow in the solar interior, which is why the temporal coincidence was long neglected. However, the HZDR researchers then found evidence of a potential indirect mechanism that may be able to influence the solar magnetic field via tidal forces: oscillations in the Tayler instability, a physical effect that, from a certain current, can change the behavior of a conductive liquid or of a plasma. Building on this concept, the scientists developed their first model in 2016 they have since advanced this model in their new study to present a more realistic scenario.

Small trigger with a major impact: tides utilize instability

In the hot plasma of the sun, the Tayler instability perturbs the flux and the magnetic field, itself reacting very sensitively to tiny forces. A small thrust of energy is enough for the perturbations to oscillate between right-handed and left-handed helicity (the projection of the spin onto the direction of momentum). The momentum required for this may be induced by planetary tidal forces every eleven years—ultimately also setting the rhythm at which the magnetic field reverses the polarity of the sun.

"When I first read about ideas linking the solar dynamo to planets, I was very skeptical," Stefani recalled. "But when we discovered the current-driven Tayler instability undergoing helicity oscillations in our computer simulations, I asked myself: What would happen if the plasma was impacted on by a small, tidal-like perturbation? The result was phenomenal. The oscillation was really excited and became synchronized with the timing of the external perturbation."

Solar dynamo with an added touch

In the standard scenario of a dynamo, the rotation of the sun and the complex motion of the solar plasma create a cyclically changing magnetic field. Two effects interact here: the plasma rotates more quickly at the sun's equator than at the poles. This leads to the omega effect: the magnetic field lines frozen in the plasma stretch around the sun and convert the magnetic field into a field aligned almost parallel to the sun's equator. The alpha effect describes a mechanism that twists magnetic field lines, forcing the magnetic field back into a north-south direction.

What exactly causes the alpha effect, however, is a subject of dispute. Stefani's model indicates that the Tayler instability is partly responsible for this. The researchers consider the most plausible scenario to be one in which a classic solar dynamo is combined with the modulations excited by the planets. "Then the sun would be a completely ordinary, older star whose dynamo cycle, however, is synchronized by the tides," summarized Stefani. "The great thing about our new model is that we are now easily able to explain effects that were previously difficult to model, such as 'false' helicities, as observed with sunspots, or the well-known double peak in the sun's activity curve."

Besides influencing the 11-year cycle, planetary tidal forces may also have other effects on the sun. For example, it is also conceivable that they change the stratification of the plasma in the transition region between the interior radiative zone and the outer convection zone of the sun (the tachocline) in such a way that the magnetic flux can be conducted more easily. Under those conditions, the magnitude of activity cycles could also be changed, as was once the case with the Maunder Minimum, when there was a strong decline in solar activity for a longer phase.

In the long term, a more precise model of the solar dynamo would help scientists to quantify climate-relevant processes such as space weather more effectively, and perhaps even to improve climate predictions one day. The new model calculations also mean that, besides tidal forces, potentially other, hitherto neglected mechanisms would have to be integrated into the solar dynamo theory, mechanisms with weak forces that can nevertheless—as researchers now know—have a major impact. To be able to investigate this fundamental question in the laboratory, too, the researchers are currently setting up a new liquid metal experiment at HZDR.


Do any planets in the solar system, create tidal effects on the sun, similarly to the moon's effect of earth?

The reason is that while the tidal force scales linearly with the forcing body's mass, it also scales inversely as the distance cubed.

Let's scale our units so that the Tidal Force of the Moon on the Earth = 1. In those relative units, the rest of the planets' tidal forces on the Sun shake out as.

PlanetPlanet/Moon mass ratioDistance-to-Sun / Earth-Moon ratioRelative Tidal Force
Mercure4.471511.30 x 10 -6
Vénus66.32822.96 x 10 -6
Terre81.23901.37 x 10 -6
Mars8.745934.19 x 10 -8
Jupiter2580020303.08 x 10 -6
Saturne773037301.49 x 10 -7
Uranus118074802.82 x 10 -9
Neptune1390117008.68 x 10 -10

Autrement dit, the largest tidal force on the Sun comes from Jupiter (with Venus a close runner-up), and it's 325,000x weaker than the tidal force exerted on the Earth by the Moon.


Astronomy of Planets

The building blocks of water, along with other minerals, have travelled through the universe on tiny specks of space dust since the big bang. What is really interesting though, is how it managed to arrive in life-giving form to our solar system and our planet. There are many speculated theories as to how water arrived on earth, and it may be any combination of theories that resulted in the massive amount of water on earth specifically. As a general belief, earth likely contained some water at its inception that did not show itself for many years due to the hot volcanic surface that took awhile to cool down and allow earths water, whether in steam or at the core, to arrive at the surface. The rest of our water likely arrived from collisions with compounded space dust, either comets or meteorites from the Oort Cloud. However we are not the only planet in our system that has retained water, others have it in different forms and different amounts. What can be agreed upon, is that we as earth-dwellers are in the most uniquely life-giving position in our solar system.

Planetary Migration (Winter 2018)

The location of a planet at this moment could be deceiving the spot it is currently in might not be where it always has been, or where it is going to end up. Planetary Migration is the movement of planets in a solar system. There are many different theories and hypotheses on how our solar system came to be although, planetary migration is one of the most widely-accepted by scientists. There are multiple different types of migration that help to explain the different ways in which this movement is described. The Nice model is currently the best understanding of how the planets have moved throughout time. This model was proposed by an international collaboration of scientists in 2005 and is used to explain the evolution of the solar system. The Nice model suggests that "at the inner edge of the icy disk, some 35 AU from the Sun, the outermost planet began interacting with icy planetesimals, influencing the second sort of migration to occur: gravitational scattering." Planetary migration is a very large topic with many subtopics. We have explored the main topics and subtopics in depth and will be explaining them below.

Theories Through the Ages: How Old is The Solar System? (Fall 2017)

The age of the Solar System has been studied throughout the world for hundreds of years and is a question that will likely never have an answer with complete certainty. Existence as we know it, did not develop from a timeline. Mankind has had an intrinsic motivation to know how we came to be, where we came from, and why we are here existing. Attempts have been made throughout the course of history into how the solar system formed, specifically how long formation would have occurred. Without the use of something convenient such as time travel, academics were restricted to the information available to them. This article will touch on some of the more prevalent theories pertaining to the age of the solar system, and divulge into their utility over the course of human history. Solar System theories will be divided pertaining to age and formation into two categories, early attempts and recent theories. The early attempts such as those from biblical eras, will briefly discuss theories that have been disproven. While more recent theories developed in the latter portion of human existence, will reflect those that are still relevant today. Five main theories presented are Vortex, Nebular, Patterson, Apollo Missions, and Late Heavy Bombardment. Our team chose to focus on those five because, they each contribute aspects into the general question of the age of the solar system – as well as providing insight into the ever large daunting task of establishing a definitive age with limited resources. Through these theoretical advances, theories are able to be evaluated and reconsidered, allowing progressive understanding in regards to the age of the Solar System.

Courtesy of NASA/ESA/J. Hester/A. Loll

How Do We Know Our Solar System Formed from Stardust? (Winter 2016)

The solar nebular hypothesis is a widely used theory to explain how our solar system formed. By assuming a giant gas cloud condensed to form our solar system the project will then explore where the cloud came from. Assuming the cloud came from and is made up of star dust, which creates the fuel for the solar nebula. To provide supporting truth to this statement the research project will explore the work Cecilia Payne and Arthur Eddington.


No evidence of planetary influence on solar activity

In 2012, Astronomie & Astrophysique published a statistical study of the isotopic records of solar activity, in which Abreu et al. claimed that there is evidence of planetary influence on solar activity. A&A is publishing a new analysis of these isotopic data by Cameron and Schüssler. It corrects technical errors in the statistical tests performed by Abreu et al. They find no evidence of any planetary effect on solar activity.

The Sun is a magnetically active star. Its activity manifests itself as dark sunspots and bright faculae on its visible surface, as well as violent mass ejections and the acceleration of high-energy particles resulting from the release of magnetic energy in its outer atmosphere. The frequency with which these phenomena occur varies in a somewhat irregular activity cycle of about 11 years, during which the global magnetic field of the Sun reverses. The solar magnetic field and the activity cycle originate in a self-excited dynamo mechanism based upon convective flows and rotation in the outer third of the solar radius.

Systematic observations of sunspots since the beginning of the 17th century indicate that solar activity also varies on longer timescales, including periods of very low activity, such as the so-called Maunder minimum between 1640 and 1700. Analysis of radioactive isotopes in tree rings and in polar ice sheets show that other such grand minima of solar activity have occurred over the past millenium, and also revealed a number of quasi-periods in the activity variations, ranging from 80 to about 2000 years. Before the magnetic nature of sunspots and other phenomena were discovered, a popular theory associated the activity cycle with the planetary orbital periods, primarily motivated by the similarity between the approximately 11-yr solar cycle and the 11.87 orbital period of Jupiter. In principle, the planets can affect the Sun by exerting tides (similar to terrestrial ocean tides caused by the moon), but these effects are extremely tiny (tide heights of a few millimeters, at most) in comparison to all other dynamical forces. Furthermore, detailed statistical analyses have time and again shown that apparent similarities between some planetary periods and solar activity variations were consistent with chance and were statistically insignificant.

With a new reconstructed record of solar activity, inferred from the radioactive isotopes of beryllium and carbon in ice cores covering the past 9400 years, Abreu et al. (2012, A&A, 548, A88) have recently revisited this issue. They compared the quasi-periods found in this data set between 40 and 600 years with periods in the tidal torque exerted on a thin shell in the solar interior, which they assumed to be ellipsoidally deformed. Abreu et al. found seemingly striking similarities between the solar and the planetary periods in 5 period bands. Their statistical analysis appeared to show that these coincidences are not due to chance, which would mean that the planets affect solar activity after all.

In a new paper published in A&A, R. Cameron and M. Schüssler, however, identify subtle technical errors in the statistical tests performed by Abreu et al. Correcting these errors reduces the statistical significance by many orders of magnitude to values consistent with a pure chance coincidence. The quasi-periods in the isotope data therefore provide no evidence that there is any planetary effect on solar activity.


Effects of the solar tide on planets - Astronomy

Why are tides higher not just during a New Moon, but also during a Full Moon?

I understand this has to do with the alignment of the Sun, the Earth and the Moon, but I would expect that the gravitational effects of the Moon would be weaker during a Full Moon as the Sun is "pulling" from the opposite direction?

That's a great question! Tides are caused by tidal forces, and the answer to your question lies in the definition of a tidal force. A tidal force is related to gravity, but it isn't the same thing. It's really the difference between the the strength of gravity at two locations.

The gravitational attraction between two objects (say the Earth and the Moon) decreases with distance. This means that the Moon's gravity pulls most strongly on the side of the Earth closest to the Moon and least strongly on the side of the Earth farthest from the Moon. Tidal forces on the side of Earth closest to the Moon pull material (mostly water) toward the Moon. Tidal forces on the other side of Earth actually pull material away from the Moon. The resulting deformation of Earth looks the same when the moon is at opposite sides of its orbit, like full moon and new moon or first quarter and third quarter, as shown in the diagram on this page. That's why tides around the equator are higher during both a new moon and a full moon (spring tide).

The Sun also affects the Earth's tides. However, tidal forces due to the Sun are about half as strong as those due to the Moon. This seems strange, because the Sun's gravity at Earth is much stronger than the Moon's. But remember that tides concern the difference between gravity's pull at opposite sides of the Earth. The radius of the Earth is a very small fraction of the distance between the Sun and the Earth, about 0.005%. As a result, the difference between the Sun's gravitational pull on either end of the Earth is small. In contrast, the radius of the Earth is about 1.7% of the distance between the Earth and the Moon. So even though the Moon's gravity isn't as strong as the Sun's, lunar tidal forces are stronger than solar tidal forces, so lunar tides are stronger than solar tides.

This page was last updated on February 11, 2016.

A propos de l'auteur

Michelle Vick

Michelle is a second year astronomy graduate student at Cornell. She works with Professor Dong Lai to study tidal interactions between white dwarfs and black holes.


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