적도 팽대부

Equatorial bulge

적도 팽대부는 행성의 적도 지름극지름의 차이인데, 이는 물체의 축을 중심으로 회전할 때 가해지는 원심력 때문입니다.회전하는 물체는 구체보다는 타원형의 구체를 형성하는 경향이 있다.

온 어스

지구는 약간 적도 돌출부를 가지고 있다: 그것은 적도에서 극과 극의 간격보다 약 43 km 넓으며, 지름의 1/300에 가까운 차이이다.만약 적도에서 지구가 지름 1미터의 지구로 축소된다면, 그 차이는 3밀리미터에 불과할 것이다.육안으로 보기에는 너무 작지만, 그 차이는 여전히 가장 높은 산과 깊은 해구를 포함한 타원체로부터 실제 표면의 두 배 이상이다.

지구의 자전은 또한 해수면, 즉 고도를 측정하기 위해 사용되는 상상의 표면에도 영향을 미친다.이 표면은 바다의 평균 수면 수위와 일치하며, 국지적 중력 잠재력과 원심력을 고려하여 육지에 걸쳐 추정됩니다.

따라서 반지름의 차이는 약 21km이다.따라서 어느 극의 해수면에 서 있는 관측자는 적도의 해수면에 서 있는 관측자보다 지구 중심에서 21km 더 가깝다.그 결과, 지구상에서 가장 높은 지점은 에베레스트 보다는 에콰도르에 있는 침보라조 산의 정상이다.그러나 바다 또한 지구와 대기와 같이 부풀어 오르기 때문에 침보라조는 에베레스트만큼 해수면보다 높지 않다.

좀 더 정확히 말하면, 지구의 표면은 지도 제작위도와 경도 그리드와 "지구의 중심"을 정확하게 정의하기 위해 이상적인 타원 타원체로 근사된다.지도 제작과 GPS 시스템에 널리 사용되는 WGS-84 표준 지구 타원체에서는 지구의 반경이 적도에서 6378.137km(3963.191mi)이고 중심에서 극으로 6356.7523142km(3949.9027642mi)로 추정되며, 는 2138.88km의 차이를 의미한다.1/298.257223563의 탄성 평탄화해수면 표면은 고체 지구의 표면보다 표준 타원체에 훨씬 더 가깝다.

에너지 균형으로서의 균형

수직 막대에는 스프링 금속 밴드가 고정되어 있습니다.고정 시 스프링 금속 띠의 모양은 원형입니다.금속 밴드의 상단은 수직 막대를 따라 미끄러질 수 있습니다.회전할 때, 스프링-금속 띠는 적도에서 부풀어 오르고 극에서는 지구와 비슷하게 평평해집니다.

중력은 천체를 수축시켜 모든 질량이 가능한 한 무게의 중심에 가까운 구 모양으로 만드는 경향이 있다.회전은 이 구형 모양에서 왜곡을 일으킵니다. 왜곡의 일반적인 척도는 평탄화(타원성 또는 편평성이라고도 함)이며, 크기, 각속도, 밀도 및 탄성을 포함한 다양한 요소에 따라 달라질 수 있습니다.

관련된 평형의 종류를 느낄 수 있는 방법은 회전의자에 앉아 양손에 무게를 들고 있는 사람을 상상하는 것이다. 만약 개인이 그 무게를 그들 쪽으로 끌어당긴다면, 작업이 완료되고 그들의 회전 운동 에너지가 증가한다.회전 속도의 증가는 너무 강해서 빠른 회전 속도에서 필요한 구심력은 출발 회전 속도보다 크다.

이와 비슷한 일이 행성 형성에 일어난다.물질은 먼저 천천히 회전하는 원반 모양의 분포로 합쳐지고 충돌과 마찰은 운동 에너지를 열로 변환시켜 원반이 매우 타원형인 구상체로 스스로 중력을 발생시킵니다.

원시 행성이 평형을 이루기에는 아직 너무 타원형인 한, 수축 시 중력 위치 에너지의 방출은 계속해서 회전 운동 에너지의 증가를 촉진합니다.수축이 진행됨에 따라 회전율이 계속 상승하기 때문에 추가 수축에 필요한 힘은 계속 상승한다.추가 수축 시 회전 운동 에너지의 증가가 중력 위치 에너지의 방출보다 클 수 있는 지점이 있다.수축 과정은 그 지점까지만 진행되기 때문에 거기서 멈춥니다.

평형이 없는 한 격렬한 대류가 일어날 수 있으며, 격렬한 대류 마찰이 있는 한 운동 에너지를 열로 변환하여 시스템에서 회전 운동 에너지를 고갈시킬 수 있습니다.평형 상태에 도달하면 운동에너지의 대규모 열 변환이 멈춘다.그런 의미에서 평형 상태는 도달할 수 있는 가장 낮은 에너지 상태입니다.

지구의 자전 속도는 100년 [1]주기로 회전할 때마다 약 2천분의 1초씩 서서히 느려지고 있다.달이 어떻게 형성되었는지는 정확히 알려져 있지 않기 때문에 과거에 지구가 얼마나 빨리 회전했는지에 대한 추정치는 다양합니다.5억년 전 지구의 자전 추정치는 "하루"당 약 20시간이다.

지구의 자전 속도는 주로 달과 태양과의 조석 상호작용 때문에 느려지고 있다.지구의 고체 부분이 연성이기 때문에 지구의 적도 팽대부는 자전 속도의 감소와 함께 감소하고 있다.

중력가속도에 미치는 영향

자전으로 인해 적도 돌출부가 있는 행성의 경우 작용하는 힘입니다.
빨간색 화살표: 중력
녹색 화살표: 일반
파란색 화살표: 합력

결과적으로 필요한 구심력을 얻을 수 있습니다.이러한 구심력이 없다면 마찰이 없는 물체들은 적도를 향해 미끄러질 것이다.

계산에서, 지구와 공회전하는 좌표계를 사용할 때, 표리 원심력의 벡터는 바깥쪽으로 향하며 구심력을 나타내는 벡터만큼 크다.

행성의 자전 때문에 중력가속도극지방보다 적도에서 더 낮다.17세기에, 추 시계의 발명에 뒤이어, 프랑스 과학자들은 남미 북부 해안에 있는 프랑스령 기아나로 보내진 시계가 파리에 있는 정확한 시계보다 느리게 돌아간다는 것을 발견했다.적도의 중력에 의한 가속도 측정도 행성의 자전을 고려해야 한다.지구 표면에 대해 정지해 있는 물체는 실제로 지구의 축을 일주하며 원형 궤적을 따라가고 있습니다.물체를 그러한 원형 궤도로 끌어당기는 것은 힘을 필요로 한다.적도를 따라 지구축을 항성일당 1바퀴 도는 데 필요한 가속도는 0.0339m2/s이다.이 가속도를 제공하면 효과적인 중력 가속도가 감소합니다.적도에서 유효 중력 가속도는 9.7805m/s이다2.이것은 적도에서 실제 중력 가속도가 9.8144 m/s여야2 한다는 것을 의미합니다(9.7805 + 0.0339 = 9.8144).

극지방에서 중력가속도는 9.8322m/s이다2.극지에서의 중력가속도와 실제 적도에서의 중력가속도의 차이가 0.0178m/s인2 것은 적도에 위치한 물체가 극지에서의 중력가속보다 지구 질량의 중심에서 약 21km(13mi) 더 멀리 떨어져 있기 때문이다.

요약하자면, 효과적인 중력 가속도가 극지방보다 적도에서 덜 강하다는 사실에는 두 가지 원인이 있다.그 차이의 약 70%는 물체가 지구의 축을 일주한다는 사실에 기인하며, 약 30%는 지구의 비구면 형태에 기인한다.

이 다이어그램은 모든 위도에서 구심력을 제공해야 하므로 효과적인 중력 가속도가 감소한다는 것을 보여줍니다. 감소 효과는 적도에서 가장 강합니다.

위성 궤도에 미치는 영향

지구의 중력장이 구면대칭에서 약간 벗어난다는 사실 또한 영구적인 궤도 [2][3][4]세차를 통해 위성의 궤도에 영향을 미친다.그것들은 관성공간에서 지구의 대칭축의 방향에 따라 달라지며, 일반적인 경우, 반조르축을 제외한 모든 케플러 궤도 요소에 영향을 미칩니다.채택된 좌표계의 기준 z축이 지구의 대칭축을 따라 정렬되면 상승 노드 δ의 경도, 근점 인수 θ 및 평균 이상점 M만이 영속적인 세차를 [5]거친다.

우주로부터 [6]지구의 중력장을 지도화하기 위해 이전에 사용되었던 그러한 섭동은, 훨씬 더 작은 상대론적 효과가 질적으로 편평성으로 인한 교란과 구별할 수 없기 때문에, 위성이 일반[7] 상대성 이론의 테스트를 위해 사용될 때, 관련된 방해적인 역할을 할 수 있다.

공식화

일정한 밀도의 비압축 유체로 구성되고 일정한 고정 축을 중심으로 일정하게 회전하는 자기 중력 구상체의 평형 구성에 대한 평탄화 f {\f}는 다음과 [8]같이 근사한다.

어디에

  • 스타일 G)는 만유인력 상수입니다.
  • 평균 반지름입니다.
  • ( 1+ a _ { e } =a , ( 1 + { \ { f } { } ) 및 ( - 3)({ a { } , (1 - { }} )는 각각 적도 및 극지름입니다.
  • {\ T 회전 주기이고 2 † {\=}{속도이다.
  • { \rho 도, M 4 은 3 M { {3 \3}})은 체질량 합계입니다.

실제 평탄화는 천체의 중심에 질량 집중이 있기 때문에 더 작습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Hadhazy, Adam. "Fact or Fiction: The Days (and Nights) Are Getting Longer". Scientific American. Retrieved 5 December 2011.
  2. ^ Iorio, L. (2011). "Perturbed stellar motions around the rotating black hole in Sgr A* for a generic orientation of its spin axis". Physical Review D. 84 (12): 124001. arXiv:1107.2916. Bibcode:2011PhRvD..84l4001I. doi:10.1103/PhysRevD.84.124001. S2CID 118305813.
  3. ^ Renzetti, G. (2013). "Satellite Orbital Precessions Caused by the Octupolar Mass Moment of a Non-Spherical Body Arbitrarily Oriented in Space". Journal of Astrophysics and Astronomy. 34 (4): 341–348. Bibcode:2013JApA...34..341R. doi:10.1007/s12036-013-9186-4. S2CID 120030309.
  4. ^ Renzetti, G. (2014). "Satellite orbital precessions caused by the first odd zonal J3 multipole of a non-spherical body arbitrarily oriented in space". Astrophysics and Space Science. 352 (2): 493–496. Bibcode:2014Ap&SS.352..493R. doi:10.1007/s10509-014-1915-x. S2CID 119537102.
  5. ^ King-Hele, D. G. (1961). "The Earth's Gravitational Potential, deduced from the Orbits of Artificial Satellites". Geophysical Journal. 4 (1): 3–16. Bibcode:1961GeoJ....4....3K. doi:10.1111/j.1365-246X.1961.tb06801.x.
  6. ^ King-Hele, D. G. (1983). "Geophysical researches with the orbits of the first satellites". Geophysical Journal. 74 (1): 7–23. Bibcode:1983GeoJ...74....7K. doi:10.1111/j.1365-246X.1983.tb01868.x.
  7. ^ Renzetti, G. (2012). "Are higher degree even zonals really harmful for the LARES/LAGEOS frame-dragging experiment?". Canadian Journal of Physics. 90 (9): 883–888. Bibcode:2012CaJPh..90..883R. doi:10.1139/p2012-081.
  8. ^ "Rotational Flattening". utexas.edu.