潮汐力が何で自転の摩擦になるの？

月が常に地球に同じ面を向けている説明として、「地球と月の間で発生する潮汐力が摩擦となって、月の自転周期と地球を回る公転周期が一致したため」といわれます。
一応納得はするのですが・・・
しかし、地球のように地表が液体で覆われていて液体が潮汐力によって移動し、その移動にエネルギーが費やされたとか、液体部分と個体部分の摩擦が自転にブレーキをかけたのなら理解できますが、月面には岩しかありません。
一体、具体的には潮汐力がどうなって自転周期と公転周期が一致するんですか？

もしかしたら、月の形そのものが完全球形ではなくて、たとえばラクビーボールのような形で、尖った側が地球に垂直に向くように自転と公転が一致しているのか？？とも
思ったりするんですが。

用語も知らない素人の質問なので、うまく疑問が言葉に出来ませんが、博識の方ならそこまで斟酌していただけると信じてます。よろしくお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： manda 回答日時： 2004/09/29 01:29

参考URL （北海道大学のページ）では、まさしく

「ラグビーボールのよう」と言っています。

参考URL：http://www.ep.sci.hokudai.ac.jp/~mosir/work/2002 …

この回答への補足

ラグビーボール説が正しいとは、我ながらちょっと驚きです。
より正確には、ラグビーボールの地球に向いた尖った面が、地球から離れて行くに必要なエネルギーは、反対側が地球に引き寄せられる事によって得られるエネルギーよりも大きいから、（両地点では地球の中心からの距離が違いすぎて働く重力も違いが出る）地球に向いた面は永遠に地球の反対側には向けない・・・という事なんでしょうか？
これが正しいとすると、月の自転がロックされて、地球に垂直な形で振り子運動を行うことになり、これは、「月の自転と公転はわずかな差でズレないのか」という他の方のされていた質問への回答にはなります。
しかし、月の当初の自転が地球に向いた尖った面を90度以上に持ち上げるだけのエネルギーをもっていた場合は、月は自転を続けることになる・・・のでは、ないでしょうか？

因みに私はド素人なので変なことを書いてても笑わないでくださいね。

補足日時：2004/09/30 12:43

No.6 回答者： abyssinian 回答日時： 2004/10/02 12:30

NO4のサイトは、「変形の遅れが角運動量の転換を起こす」、と解説しているんです。

それが原因なのです。

　月は固体（弾性体）であって、地球の海水や木星のイオのような流体ではない、固体が弾性変形する範囲では内部でのエネルギ散逸はおきないのです。（岩盤どうしの微細な擦れ合いなどの副次的な散逸はあるが。）

　「変形の遅れによる運動量の移動」とは、振り子を押すタイミングがずれると振動を止めてしまうような現象です。また、交流電気の電圧と電流の位相が90度からずれるとエネルギーの移動が存在するような現象です。
　変形が遅れる理由は、慣性質量があるから、そのことだけが原因です。

　地球の潮汐力による月の永年変化も同じメカニズムなのだから、NO5が言うような、熱になるプロセスが主因なら、月の永年変化も起きないはずなのです。現実と矛盾するのです。
（永年変化とは、NO4のサイトの最後で説明してる、月が次第に遠ざかって行く現象のこと。）


　引力に引かれて形がラグビーボール状になってるのは、月だけでなく地球も他の惑星もすべて同じです。
　それでは、月がなぜ常に特定の面を向けているのか。この原因は半世紀も前に究明されています。
それ以前は、冷えて固まるときラグビーボールのような形になったからでは、と想像されていたのです。君の考えと同じように。
　1966年～1967年に、アポロの着陸地点を探す写真衛星が５回打ち上げられました。それらが月の海の上を通ると、みな軌道が落ちるので、なにか重い物質が埋まってるのでは？と、当時はミステリアスなニュースとなったようです。（翌年の春公開された2001年宇宙の旅で月に石が埋まってるのはこれが元ネタ。）

　月の海は、地球を向いてる面に多くて裏面にはほとんど無い。つまり、海にある重い物質が、振り子の重り。それが地球を向いて垂れ下がってるという、とても自然な姿なのです。

　月の秤動。
http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap991108.html
近付いたり遠ざかってるのが分かる。これは軌道が楕円だからです。楕円運動は、地球に近いときスピードが速く、遠いところで遅い。そのため、一定の面を地球に向けるためには、自転もスピードが変わらないといけないのだが、巨大な慣性のため回転はほぼ一定なので、少し横顔になって裏側が少し見えてる。
つまりこれは、見かけの？振動です。この画像でも角度が分かるが、それは約6度。実際に振動してる角度はわずか数分なので、この画像ではほとんど分かりませんが、完全に止まってしまってるのではないのです。

　なお、アポロ15号によって、ラグビーボールの形は、自転軸を中心として、地球側に多く凸なのではなく、裏側に多く凸であることが観測されています。重い側が地球を向いてるのが事実なら、慣性モーメント的に当然の姿です。

　これらが解明されたのは半世紀も昔のことです。

参考URL：http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap991108.html

No.5 回答者： tocoche 回答日時： 2004/09/29 12:08

ラグビーボールにエネルギーの点を補足します。

ラグビーボールのようになった月を無理やり回転させると、さっきと違った面がでっぱるように変形し、その変形に要したエネルギーで回転エネルギーが消費されます。（潮汐損失）　月のように公転軌道が円に近いときは、最初は自転周期と公転周期が違っていても、やがて一致するようになります。　公転軌道の離心率が高いときは、水星のような調和回転になったり、イオのように変形のエネルギーが熱になって火山ができたりします。

ＳＦのネタですが、長いアームの両端に錘をつけ、中心にフライホイールを設けた人工衛星を、離心率の高い軌道に投入すると、フラーホイールの定速回転とアームの揺動の差によって発電ができる。（これは永久機関のように見えるけど、永久機関ではない。やがて離心率が小さくなり、軌道は真円に近づく）

この回答への補足

公転と自転が一致するためには公転軌道が円軌道に近い事ってのが、条件の一つなんですね。新しい知識を身に付けた気分で嬉しいです。
ついでに衛星の火山活動までエネルギー源が潮汐力と自転だったとは・・・１００ヘー進呈させていただきます。

潮汐力は確かにその天体が岩石であっても歪を生じさせるはずで、そのエネルギーの出所は消去法で考えると自転のエネルギーか公転のエネルギーしかないというのは、納得行くんですよ。

「歪みたくない」とその天体が反発（するのか知らないが）するときに自転にブレーキをかけるんですよね。
しかし、発電機を回していて回路を繋いだ瞬間に回転エネルギーが一部電気エネルギーに変換され回転にブレーキがかか現象が発生する磁界の影響で説明つくような、そんな直接的に納得の行く説明って無いんでしょうか？

補足日時：2004/09/30 12:58

No.3 回答者： seyber 回答日時： 2004/09/28 22:41

潮汐力と言ってもぼやけているので、

絶えず潮の高い部分は月に向いている。こう言う言葉に置き換えます。

潮は絶えず月に引っ張られて移動しますので、間接的に月にも影響を与えているはずです。
（月には６倍影響しているはず。）

これがブレーキになっている。こう言う説明です。

しかし、月の説明であり、他の天体の似た現象を持つ衛星の説明にはなりませんから、矛盾を感じる事と思います。（私はあまり信じてないです）

手をつないでいると説明された方がまだすっきりすると思います。

月は地球を公転しています。
ここに解決のキーがあると思います。

この回答への補足

「海水の移動がブレーキとして働く」という理屈は素人にも直感的に理解できます。
しかし、地球で働くブレーキがどういうメカニズムで遠く離れた月にまで及ぶのか？？？が、わからないんですよね。

補足日時：2004/09/30 12:28

No.2 回答者： marbin 回答日時： 2004/09/28 20:29

#1です。

リンクを張るのを忘れてました。
失礼しました。

http://security.okweb.jp/kotaeru.php3?q=1017664

参考URL：http://security.okweb.jp/kotaeru.php3?q=1017664

この回答への補足

実はこの質問は、貼り付けていただいたURLの質問を見てて今まで漠然と抱えていた疑問が表出したものでした。
参考RULの#6の回答を見ていなかったのですが、＃６がほぼ回答に近いかな。

補足日時：2004/09/30 12:25

No.1 回答者： marbin 回答日時： 2004/09/28 20:28

＞潮汐力が何で自転の摩擦になるの？

に対する直接の回答ではないのですが、

↓は惑星の自転と公転の一致に関する
質問のスレッドです。

一度覗いてみてください。