¿Puede explicarse la aparente igualdad de tamaño del sol y la luna o es una coincidencia?

Question

¿Existe una posible explicación para la aparente igualdad de tamaño del sol y la luna o es una coincidencia?

(Una explicación puede implicar algo como los efectos de las mareas o el principio antrópico).

Answer 1

Sólo es una coincidencia.

La teoría actual de cómo se formó la Luna es que un objeto del tamaño de Marte impactó de refilón contra la Tierra en las últimas fases del proceso de construcción del planeta. Esto causó la ruptura del impactador y los restos del impactador y de la proto-Tierra fueron lanzados a la órbita para luego coalescer en la Luna. Así que el tamaño de la Luna resulta ser aleatorio.

Además, la Luna se formó más cerca de la Tierra y, debido a las interacciones de las mareas, se está alejando lentamente. Con el tiempo (el tiempo astronómico, millones y millones de años) aparecerá cada vez más pequeña en el cielo. Seguirá siendo más o menos del tamaño del Sol, pero los eclipses solares totales serán cada vez más raros (serán cada vez más anulares o parciales). En el pasado era más grande y los eclipses totales eran más largos y frecuentes.

Answer 2

Respuesta corta:

Sí, un tamaño aparente similar equivale a fuerzas de marea similares de los cuerpos astronómicos. El hecho de que la luna ejerza fuerzas de marea similares a las del sol está correlacionado con la existencia de vida en la Tierra.

Detalles:

Escribiré una breve lista de parámetros. Son atributos de un planeta que pueden ser razonablemente necesarios para que la vida evolucione. Quiero dejar claro que no se entienden bien, pero ese es el trabajo de la exobiología, entre otras muchas ciencias.

• Tiempo suficiente, más de 1.000 millones de años para que la vida evolucione (y sin impactos del tamaño de la luna durante este tiempo)
• Una rotación que da una duración "corta" del día

Ahora, también debemos consultar las pruebas numéricas. La duración del día actual es de 24 horas por definición. Hace unos 3.000 millones de años, la duración del día estaba más cerca de las 17 horas, más o menos una hora (he hecho referencia a un documento que dice esto en una respuesta anterior, así que podría encontrarlo más tarde). La razón por la que el día se hizo más largo se debió a que la Tierra lanzó la luna más lejos, así como a la interacción con el sol.

Permítanme introducir otra restricción. Ningún planeta se forma a partir del disco protoplanetario con una rotación cercana a las 2 horas. Este valor de 2 horas es especial en términos de constantes universales porque representa (más o menos) la longitud de día más corta en la que un cuerpo puede mantenerse unido a través de la autogravedad. El argumento se puede hacer mirando la divergencia del campo gravitatorio en comparación con la del falso campo gravitatorio de la aceleración. La divergencia del campo gravitatorio reduce a un término simple que sólo contiene la densidad. El falso campo de la aceleración se puede encontrar a partir del potencial rotacional $d/dr 1/2 \omega^2 r^2 = \omega^2 r$ y la divergencia de esta va a una constante $\omega^2$ . Iguala las dos divergencias, asume la densidad de la Tierra, reordena el periodo y encuentras un valor como 48 minutos. Este es el período en el que la gravedad media de la superficie es cero. Por supuesto, esto es absurdo porque implicaría regiones de gravedad negativa, lo que es imposible para los cuerpos grandes. Prácticamente, se establece un límite mejor preguntando por la rotación en la que el ecuador de una esfera tendría gravedad cero, y esto sería cerca de dos horas. Esto es incorrecto porque el planeta se deforma, pero eso es una complicación muy matemática. Sin embargo, en la realidad, nunca se acercaría al giro de 2 horas en el agitado disco de formación planetaria.

Lo que quiero decir es que extrapolas desde dos direcciones diferentes. Una, nuestro giro predicho de la proto-Tierra, y las velocidades que razonablemente esperaríamos de un planeta primitivo, trabajando hacia atrás desde los límites impuestos por la divergencia gravitacional. Probablemente obtengas algo cercano a las 12 horas en el límite histórico de la Tierra, y algo cercano a las 6 horas con el límite de la física.

Mi larga redacción aquí es para responder "¿por qué no más rápido?". La respuesta es por los límites físicos. Es difícil imaginar que un planeta comience con una rotación mucho más rápido que la Tierra, y ciertamente no por un orden de magnitud.

La pregunta de "¿por qué no más lento?" es más fácil de responder desde el punto de vista de la biología. La vida compleja en la Tierra siempre ha tenido que hacer frente a las diferencias de temperatura entre el día y la noche, como demuestran los diferentes enfoques del problema (sangre fría y sangre caliente). Un día más largo dificultaría aún más este reto para la vida y podría impedir su aparición.

Ahora usemos las matemáticas. Un cuerpo astronómico tiene un cierto diámetro $\theta R$ el ángulo que vemos que ocupa veces su distancia de nosotros. La densidad de los cuerpos astronómicos varía, pero no en un orden de magnitud. En el caso del sol y la luna es de aproximadamente un factor de dos . Para que la respuesta sea corta, la llamaremos par, si tomamos la raíz cúbica no importará mucho. Así que ahora podemos aproximar la masa relativa.

$$ M \propto \theta^3 R^3$$

La fuerza de la gravedad es un $1/r^2$ fuerza, esto nos dice que la fuerza del sol en la Tierra es mayor que la fuerza de la luna en la Tierra. Esto es correcto. Sin embargo, la fuerza de marea varía en $1/r^3$ . Esto nos dice que la fuerza de marea de la Luna sobre la Tierra es aproximadamente la misma que la fuerza del Sol sobre la Tierra. Esto también es correcto.

Que el sol esté más cerca o más lejos es irrelevante con esta simplificación. El único parámetro que importa para las fuerzas de marea es la relación entre la distancia y el diámetro. Ahora podemos empezar a preguntar:

Por qué no una luna más grande (aparente) - Los argumentos empíricos apuntan claramente al hecho de que una luna más grande en términos de apariencia daría lugar a una mayor duración del día y esto no sería tan bueno para la evolución de la vida. No se puede resolver este problema empezando con una rotación más rápida en la formación porque la gravedad no es lo suficientemente fuerte. Resulta que la luna ralentiza la Tierra más o menos al mismo ritmo que el sol, con otros factores antrópicos que quieren ver una luna más grande, este es el punto de disminución de los rendimientos marginales para conseguir el día más corto. Sería inútil que la luna pareciera mucho más pequeña porque la Tierra seguiría girando sólo unas horas más rápido ya que el sol frena la Tierra de todos modos.

Por qué no una luna más pequeña (aparente) - No es mi área, pero probablemente la protección contra asteroides. Con una amenaza tan importante como los asteroides, la vida probablemente necesita una luna lo más grande posible, y parece que eso es lo que tiene.

Answer 3

Tanto la luna y las órbitas de la tierra son excéntricas, por lo que la relación entre el diámetro aparente del sol y de la luna varía según la época del año. Cuando la luna está en el perigeo y la tierra en el afelio, la luna parecerá más grande que el sol que cuando la luna está en el apogeo y la tierra en el perihelio.

Sin embargo, las excentricidades de estas órbitas son bajas, y la luna siempre parece "más o menos igual" que el sol. Esto es una coincidencia, tanto que su tamaño sea el que es, como que estemos aquí para observarla. La luna está y seguirá alejándose de la tierra. Con el tiempo, la luna parecerá más pequeña que el disco solar y ya no podrá eclipsarlo completamente.

Parece que esta cuestión tiene sus raíces en el diseño inteligente (ya he oído este argumento a favor del DI). Si la luna estuviera diseñada para tener el mismo tamaño que el disco solar, se podría pensar que las órbitas de la tierra y de la luna no serían excéntricas, y que la luna no se alejaría gradualmente de la tierra, para preservar esa simetría.

Answer 4

El verdadero valor de la luna para la vida es que su gran masa estabiliza la oblicuidad de la tierra (la inclinación de 23,5 grados respecto al sol que estabiliza el clima). Marte, por el contrario, no tiene luna y tiene una caótico oblicuidad, que puede causar estragos en el clima a largo plazo.

Answer 5

Por supuesto, la respuesta fácil es "Pura coincidencia", pero para los que piensan que no existe tal cosa, la situación se presta a algunas especulaciones fascinantes. En este caso, replanteemos la pregunta: "Con la Luna orbitando lenta y constantemente cada vez más lejos de la Tierra [Está recogiendo el momento angular de la rotación terrestre], ¿por qué las criaturas sensibles y posiblemente civilizadas evolucionaron justo en el momento geológico preciso en que los dos objetos más prominentes del cielo tienen aproximadamente el mismo diámetro angular?"

Sin aventurarse demasiado en el territorio de "2001: Una Odisea del Espacio", no está fuera del ámbito de la posibilidad de preguntarse si el espectacular fenómeno de los eclipses totales podría haber empujado a una criatura incipiente en la dirección de procesos de pensamiento más sofisticados o a una tribu primitiva a considerar más cuidadosamente el paso del tiempo y los patrones de la naturaleza, un componente crítico en el primer desarrollo de la agricultura.

No puedo imaginar ningún tipo de prueba antropológica más convincente que la constatación de la coincidencia en el tiempo como la anterior, por lo que creo que la teoría siempre será nada más que un vuelo especulativo. Sin embargo, nunca se sabe. ;)