Czy jestem magiczną maszyną energii?

21

Io odbiera swoje wulkaniczne ciepło od wyginania przez grawitację Jowisza, i wydaje się, że trwa to wiecznie. To brzmi jak magiczne źródło energii, ponieważ grawitacja Jowisza jest wieczna, a Io wydaje się pozostawać na orbicie bez końca. Czy odkryliśmy magię?

Szczerze mówiąc
źródło
3
To jest bardziej pytanie fizyki.
Peter - przywróć Monikę
12
@ PeterA.Schneider - Nie ma nic złego w pytaniach astronomicznych, które dotyczą fizyki. Astronomia jest w pewnym sensie gałęzią fizyki i istnieje od czasów Newtona. (Tak było bardzo przed czasem Newtona.)
David Hammen
3
@DavidHammen to prawda, prawda - po prostu mnie zachwyciło „czy odkryliśmy magię?” ponieważ odpowiedź jest czysto fizyczna, może być udzielona przy zerowej wiedzy na temat konkretnych zaangażowanych ciał i orbit i jest bardzo krótka. Natomiast (hipotetyczne) pytanie „ Skąd pochodzi energia podtrzymująca wulkanizm Io i jak energia jest do niej przekazywana?” dotyczy konkretnych ciał i dlatego znajduje się po astronomicznej stronie tego skrzyżowania. Jest również dość długi, jeśli odpowie poprawnie i wyczerpująco. (Przyznaję, że pytanie to może być również rozumiane jako punkt wyjścia do retoryki).
Peter - Przywróć Monikę

Odpowiedzi:

40

Energia napędzająca wulkanizm Io pochodzi z jego energii orbitalnej i (w mniejszym stopniu przez energię orbitalną innych księżyców i energię obrotu Jowisza). Podobne mechanizmy zasilają kriowulkanizm Enceladusa i innych lodowych księżyców. Dostępny zbiornik energii orbitalnej jest ogromny w porównaniu z zasobem wymaganym do napędzania aktywności wulkanicznej.

Oznacza to, że oddziaływania grawitacyjne na wszystkie księżyce w układzie zmieniają swoje orbity i obroty, choć powoli. Biorąc pod uwagę nieograniczony czas, orbita Io może rozpaść się do punktu, w którym mieści się w granicach Roche'a Jowisza i jest rozdarta.

(Uwaga: odpowiedź na pytanie W jaki sposób ogrzewanie pływowe może obniżyć orbitę Io dokładniej to opisuje i wskazuje, że siły pływowe przenoszą energię z rotacji Jowisza na orbity jego księżyców, więc orbita Io w dłuższej perspektywie powiększa się (do tego stopnia, że pozostawiając na orbicie Jowisza) zamiast rozkładać się.)

antlersoft
źródło
23
Tak krótka odpowiedź: Nie.
zefir
5
Myślę, że bardziej prawdopodobnym punktem końcowym może być to, że Io zostaje uwięziony z Jowiszem. Podobnie jak nasz własny Księżyc, z tą samą stroną zawsze zwróconą w stronę Jowisza, nie będzie już (zmiany) zginania pływowego.
RBarryYoung
10
@RBarryYoung, rezonansowe interakcje z Europą i Ganymede uniemożliwiają osiedlenie się na orbicie przyjaznej dla pływów.
NeutronStar
6
@RBarryYoung Io jest teraz w większości zamknięty w czystości, ale jak zauważa Joshua, niewielkie fluktuacje wystarczą, aby stworzyć ciągłą aktywność wulkaniczną.
userLTK
5
@zephyr ... awwww. Dlaczego zawsze musi być „nie” odpowiedź na „Czy to magia?” . Cholera Clarke zawsze ciągnie dywan pod nasze życzeniowe stopy ... :(
xDaizu
22

I wydaje się, że trwa to wiecznie.

Nie do końca prawda.

Io wydaje się pozostawać na orbicie bez końca. Czy odkryliśmy magię?

Nie i nie

Prędkość orbitalna Io wynosi . Jego masa wynosi m = 8,9319 10 22 k gv=17.33km/sm=8.93191022kg

Wzór na energię kinetyczną: E=mv2/2

Zatykania wartości lo w to jej całkowita energia kinetyczna jest około dżuli według Wolfram alfa . To bardzo, BARDZO duża ilość energii. Io może sobie pozwolić na wydanie niewielkiej jego części, aby utrzymać ciepło przez bardzo długi czas bez znaczących widocznych zmian.71040

Ale tak, w ludzkiej skali czasu wygląda jak magia.

Florin Andrei
źródło
12
Wydaje się, że musisz wziąć pod uwagę straty ciepła, aby ustalić, czy faktycznie wydajesz „małą frakcję”. Temperatura powierzchni w pobliżu wulkanu osiąga 1600K . Gdyby cała powierzchnia (42E12 m ^ 2) była w tej temperaturze (to nie jest), zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna wyemitowałaby 370kW / m ^ 2, łącznie dla 1,6E19 W. To 5E26 J / rok, więc za miliard lat wypromieniujesz 0,1% energii orbity lub << niewielki ułamek .. Oczywiście masz rację z faktu, że wciąż tam jest
Chris H
Co energia orbitalna Io ma wspólnego z wulkanizmem? Wulkanizm jest napędzany przez siły pływowe z Jowisza, a nie z energii orbity Io.
zefir
3
Nie byłoby sił pływowych, gdyby nie znajdowały się na orbicie, Zefir. Energia tam ją utrzymuje.
Beanluc
Aż nie.
Beanluc
@Beanluc Nie byłoby też sił pływowych, gdyby Io nie miał masy. Czy to oznacza, że ​​równanie obliczające całkowitą masę-energię Io ma znaczenie dla jej wulkanizmu? Chodzi mi o to, że Florin w jakiś sposób utożsamia energię orbitalną Io z wulkanizmem, który jest po prostu wyraźnie błędny.
zefir
16

Właściwie nie musisz tak daleko szukać. Pływy tutaj na Ziemi - przypływy i odpływy - są „napędzane” przez grawitację naszego Księżyca. Nie wyraża się to jako ciepło i aktywność wulkaniczna, ale mechanizmy są takie same jak na Io.

Ta energia (która może być i jest zamieniana w elektryczność przez elektrownie pływowe ) nie jest jednak „darmowa”. Ziemia obracała się szybciej (co czyni dni krótszymi niż dzisiejsze 24 godziny), a księżyc był bliżej (wciąż dryfuje z prędkością ~ 4 cm rocznie) ...

DevSolar
źródło
3

Czy jestem magiczną maszyną energii?

Nie, nie jest. Źródłem energii Io jest rotacja Jowisza. Pomyśl o naszym Księżycu. Powoli krąży na zewnątrz od Ziemi. Księżyc nie jest magiczną maszyną energii. Kradnie moment pędu i energię orbity z obrotu Ziemi. Podczas gdy przenoszenie pędu kątowego z Ziemi na Księżyc jest bardzo bliskie nawet, transfer energii nie jest. Układ Ziemia-Księżyc rozprasza się.

To samo dotyczy Io i jego wulkanów. Io bardzo powoli kradnie moment pędu i energię z obrotu Jowisza, a tym samym wydobywa część tej skradzionej energii w kosmos.

David Hammen
źródło
Ale jeśli postawimy coś w rodzaju koła wodnego nad tymi wulkanami, otrzymalibyśmy energię, tak jak czerpiemy z górskich potoków spływających w dół. meldrethhistory.org.uk/images/uploaded/originals/overshot.jpg Oczywiście „magiczna energia” nie istnieje, ale długoterminowe źródło energii.
userLTK
1
@userLTK: Tak - w zasadzie to samo, co wykorzystanie mocy fal na Ziemi.
Wyścigi lekkości z Moniką
Io może kradnąć moment pędu i energię dla rotacji Jowisza, ale nie miałoby możliwości przeniesienia tej energii w energię wulkaniczną. Zamiast tego zmieniłby odległość na orbicie, podobnie jak nasz własny Księżyc. Wulkanizm jest spowodowany przez siły pływowe z Jowisza. Nie jestem pewien, czy rozumiem, jak większość twojej odpowiedzi jest istotna dla pytania.
zefir
@zephyr Nie wiem, ale w komentarzach pod tą odpowiedzią znajduje się pokrewna dyskusja .
uhoh
3

Światowa odpowiedź:

W kategoriach „magicznej energii” (nienawidzę słowa magia, powiedzmy, że energia swobodna)

Powiedzmy, że mamy kolonię daleko od Słońca. Jowisz działa, a może planeta zewnętrzna, może nawet teoretyczna Planeta 9, w której panele energii słonecznej byłyby zupełnie bezcelowe, paliwo uranowe może być rzadkie, a 3H zajmuje czas na zebranie do syntezy, więc potrzebują źródła zasilania.

Teoretycznie urządzenie można zbudować przy użyciu asteroid materiałowych i masowych oraz kabli z włókna węglowego i jakiegoś rodzaju struktury, w której na zewnątrz znajdowała się sfera, która rozciąga się i krąży na orbicie, idealnie jak Io, między planetą a dużym księżycem, gdzie zachowana zostanie pewna ekscentryczność i zmienność.

Rozciąganie w przód iw tył oraz masa zewnętrznej powłoki tego obiektu mogą ciągnąć tłoki i wytwarzać prąd. Ilość elektryczności zależałaby od masy, wielkości i elastyczności kulistej konstrukcji, a energia pochodziłaby z niemal nieograniczonego źródła - energii obrotowej planety.

Czy taka rzecz jest praktyczna, to kolejne pytanie. Nie mam pojęcia, czy byłoby to w ogóle praktyczne, ale teoretycznie jest to możliwe.

Będziesz także potrzebował dużego księżyca, w przeciwnym razie orbita zakręci się, a energia spadnie. Ale system Księżyca o dużej planecie, może mógłby działać. Minusem jest to, że tak dużo energii pochłonęłoby budowanie rzeczy, nie jestem pewien, czy byłoby to tego warte.

userLTK
źródło