الفلك

كيف يؤثر استخدام طاقة المد والجزر على القمر؟

كيف يؤثر استخدام طاقة المد والجزر على القمر؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

قراءة سؤال آخر من أين لنا أن القمر يهاجر بعيدًا عن الأرض؟ أجعلني أسأل ما هو تأثير حصاد طاقة المد والجزر لإنتاج الكهرباء على معدل اكتساب القمر للزخم الزاوي؟

تتضمن افتراضات طرق الحصاد الأكثر شيوعًا توربينات تحت الماء في مناطق المد والجزر مع تدفق المياه بانتظام في كلا الاتجاهين (مرتين يوميًا).


إنها دقيقة وغير منطقية. بدون حصاد طاقة المد والجزر ، تتحول حركة الماء في النهاية إلى حرارة ، ويكون لها تأثير تسخين صغير جدًا (تغمره الحرارة التي تسببها الشمس). مع حصاد طاقة المد والجزر ، بدلاً من تسخين المياه ، يتم تحويل القليل من الطاقة إلى كهرباء (والتي يتم تحويلها بعد ذلك إلى ضوء أو حرارة ، وفي النهاية تصبح الطاقة حرارة)

يمكن لسدود المد والجزر تغيير أنماط المد والجزر المحلية ، والتي يمكن أن يكون لها تأثير ضئيل على حركة القمر ، ولكن هذا التأثير ضئيل.


الشمس والقمر والمحيطات: إمكانات طاقة المحيطات المد والجزر

تمثل المحيطات أكثر من 70٪ من مساحة الأرض (انظر الشكل 1). [1] وهي بمثابة مصدر للطاقة المتجددة. تأتي طاقة المحيطات بأشكال مختلفة: الطاقة الحرارية ، الطاقة الحركية من الأمواج والمد والجزر ، الطاقة الكامنة من تغير ارتفاعات المد والجزر ، الطاقة الكيميائية بما في ذلك مخازن الوقود الأحفوري ، الطاقة من التدرجات التناضحية ، وكذلك الطاقة البيولوجية في شكل كتلة حيوية. في النهاية ، الشمس هي مصدر معظم طاقة المحيطات. الحرارة المنبعثة من الشمس هي المصدر المباشر لنقل الطاقة الحرارية للمحيطات وتوزيع الطاقة الحرارية من الشمس يساهم في تكوين موجات الرياح الناتجة عن حركة الرياح فوق المحيطات. تأتي الطاقة الكيميائية في الوقود الأحفوري من مصادر بيولوجية ، وتعتمد الكائنات الحية في النهاية على الشمس للحصول على الطاقة. المد والجزر هو أحد مصادر طاقة المحيط الذي يتأثر أكثر بجسمين آخرين ، الأرض نفسها ، والقمر أكثر من تأثره بالشمس.


طاقة المد والجزر - جر على القمر؟

لقد فكرت في هذا مؤخرًا ، عند التفكير في العديد من أنظمة الطاقة المتجددة المقترحة والمتجددة على أساس التقاط طاقة المد والجزر.

تنتج طاقة المد والجزر ، بشكل أساسي ، عن تفاعل الطاقة الحركية لدوران الأرض / المحيطات ، والطاقة الحركية لمدار القمر ، وجاذبية الجاذبية (طاقة الجاذبية الكامنة) لنظام الأرض / القمر.

الآن ، أدركت أن التأثير ربما يكون ضئيلًا جدًا ، ولكن مع تحويل طاقة المد والجزر إلى أشكال أخرى من الطاقة (على سبيل المثال ، حتى بدون أي نظام لاستخراج الطاقة من صنع الإنسان ، سيكون هناك تحويل طبيعي لطاقة المد والجزر إلى حرارة حيث تتفاعل جزيئات الماء مع كل منها. أخرى ، ومع الخط الساحلي وقاع المحيط) ، يجب طرح تلك الطاقة من أي من أو كل الطاقة الحركية الدورانية للأرض ، أو الطاقة الحركية المدارية للقمر ، أو طاقة الجاذبية الكامنة لنظام الأرض / القمر (والتي من شأنها تترجم إلى انخفاض طفيف في نصف قطر المدار - على سبيل المثال ، "يسقط" القمر ببطء في الأرض).

إذن ، السؤال - هل يتسبب تفاعل المد والجزر مع الأرض في انخفاض تدريجي إما في سرعة أو ارتفاع مدار القمر ، أو دوران الأرض (أو الثلاثة) ، وهل حاول أي شخص تقدير المدة التي سيستغرقها هذا التأثير أخيرًا قبل أن يصبح القمر غير قادر على الدوران ، ويسقط في الأرض (نأمل أن يكون المدى الزمني أطول من 5 مليارات سنة قبل أن تتمدد الشمس وتستهلك الأرض)؟

هل سيكون لأنظمة استخراج الطاقة من صنع الإنسان أي فرصة لتسريع "السحب" على القمر من تأثيرات المد والجزر؟


كيف يؤثر استخدام طاقة المد والجزر على القمر؟ - الفلك

لماذا يرتفع المد والجزر ليس فقط أثناء القمر الجديد ، ولكن أيضًا أثناء اكتمال القمر؟

أفهم أن هذا له علاقة بمحاذاة الشمس والأرض والقمر ، لكنني أتوقع أن تكون تأثيرات الجاذبية للقمر أضعف أثناء اكتمال القمر لأن الشمس "تسحب" من الاتجاه المعاكس؟

هذا سؤال رائع! يحدث المد والجزر بسبب قوى المد والجزر ، وتكمن الإجابة على سؤالك في تعريف قوة المد والجزر. ترتبط قوة المد والجزر بالجاذبية ، لكنها ليست نفس الشيء. إنه حقًا الفرق بين قوة الجاذبية في موقعين.

يتناقص التجاذب الثقالي بين جسمين (مثل الأرض والقمر) مع المسافة. هذا يعني أن جاذبية القمر تسحب بقوة أكبر جانب الأرض الأقرب للقمر والأقل بقوة على جانب الأرض الأبعد عن القمر. تسحب قوى المد والجزر على جانب الأرض الأقرب إلى القمر المواد (معظمها من الماء) نحو القمر. تقوم قوى المد والجزر على الجانب الآخر من الأرض بسحب المواد بعيدًا عن القمر. يبدو التشوه الناتج عن الأرض كما هو عندما يكون القمر على جانبي مداره ، مثل اكتمال القمر والقمر الجديد أو الربع الأول والربع الثالث ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي بهذه الصفحة. هذا هو السبب في أن المد والجزر حول خط الاستواء يكون أعلى خلال كل من القمر الجديد والقمر الكامل (المد الربيعي).

تؤثر الشمس أيضًا على المد والجزر على الأرض. ومع ذلك ، فإن قوى المد والجزر الناتجة عن الشمس تبلغ حوالي نصف قوى المد والجزر الناتجة عن القمر. يبدو هذا غريباً ، لأن جاذبية الشمس على الأرض أقوى بكثير من جاذبية القمر. لكن تذكر أن المد والجزر يتعلق بالفرق بين جاذبية الجاذبية على جانبي الأرض المتعاكسين. نصف قطر الأرض هو جزء صغير جدًا من المسافة بين الشمس والأرض ، حوالي 0.005٪. نتيجة لذلك ، فإن الفرق بين قوة جاذبية الشمس على طرفي الأرض صغير. في المقابل ، يبلغ نصف قطر الأرض حوالي 1.7٪ من المسافة بين الأرض والقمر. لذلك على الرغم من أن جاذبية القمر ليست بنفس قوة جاذبية الشمس ، إلا أن قوى المد والجزر القمرية أقوى من قوى المد والجزر الشمسية ، لذا فإن المد والجزر القمرية أقوى من المد والجزر الشمسي.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 11 فبراير 2016.

عن المؤلف

ميشيل فيك

ميشيل طالبة دراسات عليا في السنة الثانية في جامعة كورنيل. تعمل مع البروفيسور دونغ لاي لدراسة تفاعلات المد والجزر بين الأقزام البيضاء والثقوب السوداء.


إذا كنت قد ذهبت إلى شاطئ البحر ، فربما لاحظت أن مستوى الماء يتغير على مدار اليوم. أحيانًا يكون الماء مرتفعًا وأحيانًا يكون الماء منخفضًا. يُعرف هذا النمط من ارتفاع وانخفاض مستوى سطح البحر باسم المد والجزر. عندما يكون منسوب المياه عاليا ، نسميها المد العالي. عندما يكون مستوى الماء منخفضًا ، نسميها مد وجزر طفيف. بين المد والجزر المنخفض ، تحرك تيارات المد والجزر المياه باتجاه الشاطئ أو بعيدًا عنه. العلماء لديهم اسم خاص للاختلاف في مستوى المياه بين ارتفاع المد والجزر. يسمونه مجموعة المد والجزر. على سبيل المثال ، إذا كان الماء بعمق 75 سم (سم) عند المد العالي وعمق 25 سم عند انخفاض المد ، فإن نطاق المد والجزر يكون 50 سم (75 سم - 25 سم = 50 سم). يوضح الشكل 1 أدناه ارتفاع المد والجزر في خليج فندي ، الذي يقع بين المقاطعات الكندية نيو برونزويك ونوفا سكوشا.


شكل 1. يمتلك Bay of Fundy أحد أكبر نطاقات المد والجزر في العالم. تُظهر الصورة الموجودة على اليسار الساحل عند ارتفاع المد. تُظهر الصورة الموجودة على اليمين نفس المكان بالضبط عند انخفاض المد. نطاق المد والجزر هو الفرق في ارتفاع الماء بين الصورة اليسرى (المد العالي) والصورة اليمنى (المد المنخفض). (رصيد الصورة: مستخدم ويكيميديا ​​كومنز Samuel Wantman ، 2013)

ينتج المد والجزر عن شد الحبل بين الأرض والقمر والشمس. القمر قوة الجاذبية أقوى قليلاً على جانب الأرض الأقرب إلى القمر مما هو عليه على جانب الأرض الأبعد عن القمر. هذا الاختلاف الصغير في قوة الجاذبية القمرية يسحب محيطات الأرض إلى شكل بيضاوي. ونتيجة لذلك ، "يتراكم" الماء في المحيطات على جانبي الأرض المتقابل ، كما هو موضح في الشكل 2 أدناه. يُطلق على النهايتين الطويلتين للشكل البيضاوي الممتد للخارج اسم انتفاخ المد والجزر. يحدث المد العالي بالقرب من مكان وجود كل طرف من طرفي انتفاخ المد والجزر. يحدث المد المنخفض بينهما ، حيث يكون المحيط أرق ، بسبب تراكم المياه عند انتفاخ المد والجزر.


الشكل 2. بدون القمر ، سيبدو مخطط الأرض كدائرة إذا كنت تنظر إلى الأسفل على القطب الشمالي. ولكن نظرًا لأن الأرض بها قمر ، فإن الاختلافات في قوى الجاذبية التي يمارسها القمر تمد المحيطات إلى شكل إهليلجي ، مما يؤدي إلى انتفاخ المد والجزر الذي يبرز إلى ما وراء حيث سيكون المحيط إذا لم يكن للأرض قمر. ملحوظة: هذه الصورة ليست بمقياس. في الواقع ، يكون انتفاخ المد والجزر أصغر بكثير مما هو موضح هنا. القمر أيضا أبعد بكثير عن الأرض.

يشير انتفاخ المد والجزر دائمًا بالقرب من خط وهمي يربط بين الأرض والقمر. مع دوران الأرض ، تتأثر أجزاء مختلفة من الأرض بانتفاخ المد والجزر. هذا ما يجعل المد والجزر يرتفع وينخفض. في العديد من الأماكن ، هناك مد وجزر مرتفعان ومد وجذران منخفضان كل يوم. يوجد في بعض الأماكن مد وجزر مرتفعان واثنان من المد والجزر المنخفضين ، ولكن أحد أزواج المد والجزر المرتفع والمد والجزر يكون أصغر من الآخر. في أماكن أخرى ، هناك مد وجذر واحد فقط كل يوم. غالبًا ما يتم التحكم في هذه الاختلافات من خلال شكل قاع البحر والساحل في مكان معين.

تخلق الشمس أيضًا انتفاخًا للمد والجزر لأن قوة جاذبية الشمس أقوى قليلاً على جانب الأرض المواجه للشمس منها على جانب الأرض الذي يواجه بعيدًا عن الشمس. اعتمادًا على مكان وجود القمر في مداره حول الأرض ، قد تصطف انتفاخات المد والجزر الناتجة عن القمر والشمس في نفس الاتجاه ، أو تلغي بعضها البعض جزئيًا. يمكننا معرفة مكان القمر في مداره بواسطة مراحل القمر. للقمر أربع مراحل أساسية: الجديد ، والربع الأول ، والربع الكامل ، والربع الثالث. كما هو موضح في الشكل 3 أدناه ، فإن انتفاخات المد والجزر الناتجة عن الشمس والقمر تصطف في نفس الاتجاه عند القمر الجديد والقمر الكامل ، عندما تشكل الشمس والأرض والقمر خطًا. هذا يخلق ملف جزر. المد والجزر الربيعي لها نطاق مد وجزر أكبر من المعتاد (ارتفاع المد والجزر وانخفاض المد والجزر). عندما يكون القمر في الربع الأول أو الربع الثالث ، تشكل الشمس والأرض والقمر شكل "L" ، وتشكل انتفاخات المد والجزر للقمر والشمس شكل علامة الجمع (+). هذا يخلق ملف محايد المد. المد والجزر المحاذية لها نطاق مد أصغر من المعتاد (أدنى المد والجزر أعلى المد والجزر).


الشكل 3. (أعلى) يحدث المد الربيعي عندما تشكل الشمس والأرض والقمر خطاً ، وبالتالي فإن انتفاخ المد والجزر الناتج عن الشمس (يظهر باللون الأصفر الفاتح) وانتفاخ المد والجزر الناتج عن القمر (كما هو موضح باللون الأزرق الفاتح) كلاهما يصطفان مع بعضهم البعض. المد والجزر الربيعي لها نطاق مد وجزر أكبر من المعتاد. (أسفل) يحدث المد المحاشي عندما تشكل الشمس والأرض والقمر شكل "L". المد والجزر المحاذية لها نطاق مد وجزر أصغر من المعتاد. ملحوظة: هذه الصورة ليست بمقياس. القمر والشمس بعيدان عن الأرض كثيرًا مما يظهر هنا. كما أن الشمس أكبر من ذلك بكثير.

في مشروع علم الفلك هذا ، ستقارن نطاق المد والجزر عند اكتمال القمر والربع الأول من القمر لترى مدى تأثير مراحل القمر على المد والجزر في محيطات الأرض.


تبديد طاقة المد والجزر ، Paleotides ، وتطور نظام الأرض والقمر

بوريس أ.كاغان ، يورغن سوندرمان ، في التقدم في الجيوفيزياء ، 1996

2.2 التقديرات الفلكية لتبديد طاقة المد والجزر

دعونا نتخيل أن الأرض الدوارة مغطاة بطبقة مائية ذات سمك ثابت. إذا لم يكن هناك احتكاك ، فإن انتفاخات المد والجزر الإهليلجية المقابلة للتوافق الكروي الثاني لمد المحيط ستكون متماثلة فيما يتعلق بالخط الذي يربط بين مراكز كتل الجسمين المتفاعلين (الأرض والقمر). يؤدي وجود الاحتكاك إلى اضطراب هذا التناظر ، مما يتسبب في تأخر انتفاخات المد والجزر بالنسبة إلى لحظة ذروة القمر & # x27s. نظرًا لأن سرعة دوران الأرض أكبر من السرعة الزاوية المدارية للقمر ، فإن انتفاخات المد والجزر تسبق القمر بزاوية معينة. هذا يخلق عزم المد والجزر بين الأرض والقمر. نتيجة لذلك ، تتبدد جزئيًا الطاقة الحركية لدوران الأرض وتتحول جزئيًا إلى الطاقات الحركية والمحتملة للحركة المدارية للقمر.

كما هو مبين في القسم 4 ، تبديد طاقة المد والجزر - E ˙ وتسارع القمر & # x27s العلماني ن مترابطة وفقا ل

أين م و م هي كتل القمر والأرض ج هو متوسط ​​المسافة بينهما ω و ن هي السرعات الزاوية لدوران الأرض والقمر والحركة المدارية للقمر ن هو القمر & # x27s التسارع العلماني.

يمكن تحديد التسارع العلماني للقمر من بيانات (1) الملاحظات القديمة لخسوف القمر والشمس والاعتدال والغيب القمري (2) توقيتات تلسكوبية لغيب النجوم في مسار القمر و # x27s ، والكسوف الشمسي ، وعطارد & # x27s مع طرف الشمس (3) تغيرات المد والجزر لعناصر مدارات الأقمار الصناعية و (4) سبر ليزر للقمر. المحاولة الأولى للاشتقاق ن من بيانات الكسوف القديمة تم إجراؤها بواسطة Fotheringham (1920). تم تلخيص تقديراته والتقديرات الأخرى التي تم الحصول عليها من البيانات في حقبة ما قبل التلسكوب في الجدول الأول. كما رأينا ، فإن التباين بين القرارات الفردية كبير إلى حد ما. الأسباب هي جودة المادة المشكوك فيها ، وصعوبة تفسيرها ، ودرجة الارتباط العالية بينها ن و ω عندما يتم استنتاج كلتا الكميتين بشكل مستقل من نفس الملاحظات (انظر ستيفنسون وموريسون ، 1982).

الجدول الأول. التقديرات الفلكية لتسريع حركة المدار القمري العلماني ن ˙ وتبديد طاقة المد والجزر - E ˙ ، وفقًا لمؤلفين مختلفين

نوع الملاحظةالمؤلفون) - ن ˙ ″ ☾ / ج ص 2 - ه ˙ × 10 12 واط
الملاحظات القديمة لخسوف القمر والشمس والاعتدال والغيب القمري فورينغهام (1920) 30.83.76
دي سيتر (1927) 37.7 ± 4.14.60 ± 0.50
نيوتن (1970) 41.6 ± 4.35.08 ± 0.52
42.3 ± 6.15.16 ± 0.74
ستيفنسون (1972) 34.0 ± 2.04.15 ± 0.24
مولر وستيفنسون (1975) 37.5 ± 5.04.58 ± 0.61
مولر (1975) 34.5 ± 3.04.21 ± 0.37
30.4 ± 3.03.71 ± 0.37
مولر (1976) 30.0 ± 3.03.66 ± 0.37
ستيفنسون (1978) 30.0 ± 3.03.66 ± 0.37
نيوهول وآخرون. (1983) 26.21 ± 2.03.20 ± 0.24
سيوان وياو (1990) 26.03.17
الملاحظات التلسكوبية للغيب القمري وخط الطول الشمسي وممر عطارد و # x27 عبر القرص الشمسي سبنسر جونز (1939) 22.4 ± 0.882.76 ± 0.11
فان فلاندرين (1970) 52.0 ± 16.03.34 ± 1.95
أوستروينتر وكوهين (1972) 38.0 ± 8.04.64 ± 0.98
موريسون (1973)42.0 ± 6.05.12 ± 0.73
موريسون وورد (1975) 26.0 ± 2.03.17 ± 0.24
فان فلاندرين (1978 ، استشهد بها موريسون ، 1978)36.0 ± 4.04.39 ± 0.49
موريسون (1978) 26.0 ± 2.03.17 ± 0.24
فان فلاندرين (1981) 21.4 ± 2.62.61 ± 0.32
الاختلافات في عناصر مدار القمر الصناعي كازناف (1982) 21.9 ± 1.62.67 ± 0.20
اهوار وآخرون. (1988) 25.4 ± 0.63.10 ± 0.07
كريستودوليديس وآخرون. (1988) 25.3 ± 0.63.08 ± 0.07
تشنغ وآخرون. (1990) 24.8 ± 0.83.03 ± 0.10
اهوار وآخرون. (1990) 26.0 ± 0.53.17 ± 0.06
سبر القمر بالليزر كالام ومولهولاند (1978) 24.6 ± 1.63.00 ± 0.20
وليامز وآخرون. (1978) 23.8 ± 4.02.90 ± 0.49
فيراري وآخرون. (1980) 23.8 ± 3.12.90 ± 0.38
ديكي وآخرون. (1983) 25.3 ± 1.23.09 ± 0.15
ديكي (1987 ، استشهد به بورزا ، 1987)24.9 ± 1.03.04 ± 0.12
نيوهول وآخرون. (1990) 24.9 ± 1.03.04 ± 0.12
بورصا (1990) 25.17 ± 0.83.07 ± 0.10

بدأت الملاحظات التلسكوبية لمواقع القمر بالنسبة لمواقع النجوم في لحظات زمنية معينة في حوالي 1600 واستمرت منذ ذلك الحين. سلسلة 250 عامًا من هذه الملاحظات ، من 1680 إلى 1930 ، استخدمها سبنسر جونز (1939) لتحديد ن القيمة. شكلت هذه القيمة أساس التقدير الفلكي لتبديد طاقة المد والجزر (2.76 × 10 12 واط) المشتق من Munk و MacDonald (1960) وأصبحت كلاسيكية. إنها أصغر بشكل ملحوظ من القيم التي حصل عليها Van-Flandren (1970) و Osterwinter و Cohen (1972) من تحليل سلسلة قصيرة نسبيًا من ملاحظات الاحتجاب القمري. لكنها قريبة (على الرغم من أنها أصغر من) تلك التي استنتجها موريسون وورد (1975) وموريسون (1978) من بيانات 250 عامًا (بدءًا من 1723) من سجلات لحظات التلامس بين قرص عطارد وأطراف شمس. يعتبر التقديرين الأخيرين الأكثر موثوقية ، ويتم تفسير الاختلافات الكبيرة بين هذه وغيرها من التقديرات الموجودة من الملاحظات التلسكوبية بشكل أساسي من خلال تأثير تقلبات العقد ن، والتي لا يمكن إزالتها مع توفر سلسلة قصيرة من القياسات.

هذا التقييد متأصل في التقديرات التي تم الحصول عليها من تحليل تغيرات المد والجزر لعناصر المدار الساتلي وسبر الليزر على القمر. عن طريق القانون الثالث كبلر & # x27s

يمكن للمرء أن يتصل بتغيير في المسافة ċ بين الأرض والقمر ن. يتم ذلك باستخدام بيانات صوت ليزر Moon & # x27s. نفس الشيء صحيح بالنسبة للحساب ن من بيانات اختلافات المد والجزر لعناصر مدار القمر الصناعي. في الحالة الأخيرة ، قيمة ċ لا يتم قياسه ولكن يتم حسابه من خلال العلاقة بين التغيير في المسافة بين الأرض والقمر والمعلمات (السعة والمرحلة) للتيار التوافقي الكروي الثاني للمد الكلي (المحيط بالإضافة إلى الأرض الصلبة). يتم تحديد هذه المعلمات ، بدورها ، من الاختلافات الملحوظة في ميل أو خط الطول للعقدة الصاعدة لمدار القمر الصناعي (لامبيك ، 1977 ، 1980). تقديرات ن تم الحصول عليها من بيانات اختلافات المد والجزر لعناصر مدار القمر الصناعي وبيانات سبر الليزر للقمر في الجدول الأول.

الكل ماعدا قيمة واحدة ن التي حصل عليها Cazenave (1982) قريبة ، علاوة على ذلك ، تتوافق جيدًا مع التقديرات الأكثر موثوقية لموريسون وورد (1975) وموريسون (1978) المستمدة من بيانات الملاحظات التلسكوبية. هذا الإنجاز مثير للإعجاب ، لكن يجب أن نتذكر أن هناك تقلبات في العقد ن مع المقياس الزمني 1030 سنة ، وبالتالي فإن موثوقية تقديرات متوسط ​​تسارع المد والجزر القمري ، بناءً على تحليل القياسات التلسكوبية وقياسات الأقمار الصناعية قصيرة المدى ، لا تزال موضع شك. في هذا الصدد ، فإن حقيقة أن هذه تتطابق بشكل أساسي مع التقديرات الأخيرة التي حصلت عليها Newhall وآخرون. (1983) و Ciyuan and Yau (1990) من الملاحظات القديمة طويلة المدى أمر مشجع.


هل سيؤثر استخراج الطاقة من المد والجزر في المحيط على مدار القمر في المدى الطويل؟

يقول حفظ الطاقة أن أي طاقة مستخرجة من المد والجزر في محيطنا يجب أن تأتي من مكان ما. نظرًا لأن هذه المد والجزر هي تأثير الجاذبية بسبب القمر ، فيبدو أن مصدر الطاقة المستخرجة سيكون تأثير الجاذبية ، وبالتالي فإن أي إزالة للطاقة من المد والجزر سيكون لها تأثير على توازن طاقة مدار الأرض / القمر وتغيير هذا المدار . لذا فإن السؤال الذي يطرح نفسه ، ماذا سيكون طويل الأمد تأثير استخراج الطاقة هذا على مدى آلاف السنين؟

تحرير: من المؤسف أن عمليات البحث السابقة التي أجريتها حول هذا الموضوع هنا لم تنتج الروابط التي ظهرت ضمن "الروابط ذات الصلة" بعد أن نشرت هذا السؤال كما يبدو تقريبيا سؤال مكرر. أنا سوف أقول تقريبيا هنا لأنني لم أدرج في السؤال حافزي لنشر هذا السؤال الآن. كنت أقرأ مؤخرًا الورقة البحثية Physics in the Real Universe: Time and Spacetime التي كتبها جورج إف آر إليس من قسم الرياضيات بجامعة كيب تاون (وهي قراءة جيدة جدًا بالمناسبة) ، حيث قال

"لكن بيت القصيد من هذه الورقة هو أن معظم النماذج ليست حتمية ، والعمليات غير المتوقعة التي لا رجعة فيها ، والخصائص الناشئة ستشارك في تحديد انحناء الزمكان على نطاقات صغيرة نسبيًا ، حتى النشاط البشري يفعل ذلك (عندما نحرك أجسامًا ضخمة حولها)."

من المحتمل أن يكون نظام الأرض / القمر نفسه هو أضخم جسم يمكن أن نتحرك فيه ، واستخدام مولدات المد والجزر سيفعل ذلك تمامًا! فكر في الأمر. سيؤدي تغيير الأرض / المدار إلى تغيير الانحناء المحلي للزمكان (كما أشار إليس) ، والذي سيكون له تأثير نهائي على أنظمة النجوم المجاورة. إذن الإنسانية يفعل تؤثر على عوالم أخرى في مجرتنا ، أكثر من مجرد إرسال معلومة خارج كإشارات راديو / تلفزيون! إنه أمر مثير للإعجاب (والتواضع) أن ندرك أنه يمكننا تغيير انحناء الزمكان في مجرتنا ، أليس كذلك؟

على أي حال ، ذكره "تحريك الأجسام الضخمة" أثار هذا السؤال ، لذلك قمت بنشره.

يبدو أنني حذفت الكثير من التفاصيل من الكتابة الأصلية (خارج الخط) لهذا السؤال قبل أن أنشره (كان هناك في الأصل أكثر من صفحتين من الإسهاب!). هنا سأعيد بعضًا منها ، وأهمها أنني أبحث عن تأثيرات طويلة المدى (عالمية ومحلية) من وضع مولد طاقة كهربائية في مكان معين. على سبيل المثال:

سيتأثر المد والجزر في المنطقة المحلية المجاورة للمولد بوجوده ، حيث سيستخرج المولد بعض الطاقة التي من شأنها أن تحافظ على المد كما كان قبل المولد (وهو تأثير أعرفه مباشرة بعد إنشاء خزان كبير عكس اتجاه الريح في مزرعة عائلتي ، فقد خفضت هطول الأمطار السنوي بنسبة تزيد عن 40٪ كما لوحظ في أكثر من 60 عامًا من السجلات!). يمكن للمولد أيضًا استخراج الطاقة بمعدل أعلى (محليًا) من خسائر الاحتكاك الأصلية. هل يؤثر هذا التدفق المتغير على تفاعلات الجاذبية المحلية مع القمر؟ ماذا ستكون التأثيرات طويلة المدى؟

أثناء استخلاص الطاقة أثناء تدفق المد والجزر ، سيطبق المولد قوى على الأرض حيث يتم توصيله بالأرض. هذه من شأنها أن توفر قوة دفع / سحب لأي خطأ جيولوجي قريب. إذا تسببت هذه القوى "الدغدغة" في حدوث حدث جيولوجي (زلزال أو ثوران بركاني على سبيل المثال) يمكن أن تكون هناك تغييرات واسعة النطاق في توزيع الأرض الصلبة. ما هو التأثير طويل المدى الذي قد يحدثه هذا على مدار الأرض / القمر؟

كانت الخلافات حول وصف "2 انتفاخ" مفاجأة بالنسبة لي ، ومن ثم أجد نفسي في وضع "اللحاق بالركب". كانت صورتي الذهنية هي تلك التي قدمتها صفحة NOAA هنا والتي تنعكس أيضًا على صفحة ويكيبيديا ، تايد. توفر صفحة Theory of Tides وصفًا بديلاً جيدًا باستخدام التحليل التوافقي الذي يتضمن العديد من الروابط الخارجية الجيدة التي كنت أحاول استيعابها. على سبيل المثال ، توفر الورقة البحثية فهم المد والجزر التي كتبها ستيسي هيكس تحديدًا قابلاً للقراءة للترددات الأولية المتضمنة في التحليل التوافقي للمشكلة ، ويقدم دليل التحليل التوافقي والتنبؤ بالمد والجزر بقلم بول شورمان نظرة تاريخية على تطبيق التوافقية التحليل المطبق على المد والجزر.

أنا لا أفهم أو أتفق مع هذا الجدل على الإطلاق! الصورة "2 انتفاخات" هي بالتأكيد نموذج مثالي غير قابل للاستخدام مباشرة للتنبؤ بالمد والجزر. إنه مجرد أن مثالي نموذج. ومع ذلك ، فإنه يوفر نظرة ثاقبة في العديد من جوانب المشكلة ، بالإضافة إلى توفير الأرقام الفعلية مطلوب لتحليل توافقي ، وخاصة الترددات السائدة هذا يخبرني أن نموذج "2 انتفاخات" هو مطلوب بشكل أساسي، ومن هنا فإن الإشارة إلى أن نموذج "الانتفاخات 2" ليس صحيحًا يذهب بعيدًا جدًا.


الإجابات والردود

ليس الواجب المنزلي هنا ولكن مجرد الفضول.

كنت أقرأ أنه على تيتان توجد أنهار من الميثان ، وأن واحدًا على الأقل يبلغ طوله 400 كيلومتر. الآن كنت أفكر في الأرض والقمر ، تخيل أن القمر يصبح نسخة من الأرض تمامًا ، ويحافظ على كل معالمها ويصبح قطر القمر ، لذلك لديه نفس الجبال / خنادق المحيط بما يتناسب مع قطر القمر والماء لنفس العمق. الآن القمر يدور مثل الأرض ويميل على محوره ، والأرض تتحرك حول القمر مثل القمر حول الأرض. هل ستبقى المياه في نسختين من المحيطات والأنهار / البحيرات مع المد والجزر أكثر وضوحًا ، أم أنها ستجذب إلى أحد أقطاب الكوكب؟

هل تعرف كيف يتشكل المد والجزر؟

على أي حال - سر التفكير علميًا في الأشياء هو عدم تشتيت انتباهك بالتفاصيل.
لذلك يمكنك فقط وضع حوض سباحة ضحل ، في موطن ، على القمر وقياس المد والجزر - ومعرفة ما إذا كان الماء يريد البقاء في البركة كما هو الحال على الأرض أو إذا كان من المعتاد أن ينحدر أكثر الحواف وتأخذ شكل مختلف.

ملحوظة: كل شيء له مد وجزر - ليس فقط الماء وليس السوائل فقط.
تعتمد أشكال سوائل السطح على الكثير من الأشياء - الثقوب التي تملأها هي المساهم الرئيسي (على الرغم من أن مليارات السنين في التلامس تعني أن الماء يؤثر على الثقوب أيضًا).
تسمح الجاذبية المنخفضة بحركة أكبر عبر السطح - طاقة أقل لدفع الموجة بعيدًا عن الشاطئ على سبيل المثال.
تؤثر الدورات السريعة على التيارات - إلخ.

وضع تيتان خاص إلى حد ما.

مرحبا بكم في PF
تريد ان تعرف ماذا؟

هل تعرف كيف يتشكل المد والجزر؟

على أي حال - سر التفكير علميًا في الأشياء هو عدم تشتيت انتباهك بالتفاصيل.
لذلك يمكنك فقط وضع حوض سباحة ضحل ، في موطن ، على القمر وقياس المد والجزر - ومعرفة ما إذا كان الماء يريد البقاء في البركة كما هو الحال على الأرض أو إذا كان من المعتاد أن ينحدر أكثر الحواف وتأخذ شكل مختلف.

ملحوظة: كل شيء له مد وجزر - ليس فقط الماء وليس السوائل فقط.
تعتمد أشكال سوائل السطح على الكثير من الأشياء - الثقوب التي تملأها هي المساهم الرئيسي (على الرغم من أن مليارات السنين في التلامس تعني أن الماء يؤثر على الثقوب أيضًا).
تسمح الجاذبية المنخفضة بحركة أكبر عبر السطح - طاقة أقل لدفع الموجة بعيدًا عن الشاطئ على سبيل المثال.
تؤثر الدورات السريعة على التيارات - إلخ.

وضع تيتان خاص إلى حد ما.

لقد استغرقت الأنهار على تيتان وقتًا طويلاً للتفاعل مع السطح لتشكيل المنخفضات.
لا أفهم لماذا تتوقع أن المد والجزر ستمنعه ​​- تذكر أن هناك مدًا منخفضًا وكذلك مدًا مرتفعًا وأن السائل لا يزال ملامسًا للسطح حتى يظل بإمكانه تآكله.

أنا أفهم معظم ما قلته بالفعل ، ربما السؤال كان غريبًا وغامضًا. شكرا على الرد. أفترض أنني كنت أتساءل عن مدى قوة قوى المد والجزر الأرضية على القمر ، وأفضل طريقة يمكن أن أفكر بها لتصور ذلك كانت بالماء.

كان تفكيري أن القمر صغير نسبيًا بالنسبة إلى الأرض ولا يزال يؤثر على الماء بشكل ملحوظ جدًا. أنا أفهم أن قوى المد والجزر الأرضية تضغط على القمر والعكس صحيح ، لكن هذا يصعب علي فهم القوى في العمل. بدت المياه على القمر طريقة جيدة لتصورها. مما قلته أعتقد أنني أبالغ في تقدير قوة هذه القوى. قدرتهم على خلق المد والجزر لها علاقة بالكمية الهائلة من المياه التي يتم التصرف فيها ، أليس كذلك؟

لذا في حمام السباحة الضحل الخاص بك ، هل ستكون تغييرات معتدلة ولكن قابلة للقياس أو تحول بصري مذهل؟

أفهم ما تقوله عن النهر. في المرة القادمة التي أطرح فيها سؤالاً ، سأحاول أن أحلقه بشفرة أوكام أولاً.


لا يزال ساخنًا داخل القمر: تسخين المد والجزر في أعمق جزء من الوشاح القمري

هذا تصور فني للبنية الداخلية للقمر بناءً على هذه النتيجة العلمية. الائتمان: المرصد الفلكي الوطني لليابان

(Phys.org) - وجد فريق بحث دولي بقيادة الدكتور يوجي هارادا من معهد علوم الكواكب ، جامعة الصين لعلوم الأرض ، أن هناك طبقة ناعمة للغاية في أعماق القمر وأن الحرارة تتولد بشكل فعال في هذه الطبقة عن طريق جاذبية الأرض. تم الحصول على هذه النتائج من خلال مقارنة تشوه القمر كما تم قياسه بدقة بواسطة Kaguya (SELENE و Selenological و Engineering Explorer) وغيرها من المسابير مع التقديرات المحسوبة نظريًا. تشير هذه النتائج إلى أن الجزء الداخلي من القمر لم يبرد أو يصلب بعد ، وأنه لا يزال دافئًا بسبب تأثير الأرض على القمر. يوفر هذا البحث فرصة لإعادة النظر في كيفية تطور كل من الأرض والقمر منذ ولادتهما من خلال التأثير المتبادل حتى الآن.

عندما يتعلق الأمر بتوضيح كيف يولد وينمو جرم سماوي مثل كوكب أو قمر صناعي طبيعي ، فمن الضروري معرفة هيكله الداخلي وحالته الحرارية بأكبر قدر ممكن من الدقة. كيف يمكننا معرفة البنية الداخلية لجسم سماوي بعيد عنا؟ يمكننا الحصول على أدلة حول هيكلها الداخلي وحالتها من خلال التحقيق الشامل في كيفية تغير شكلها بسبب القوى الخارجية. يسمى شكل الجسم السماوي الذي يتم تغييره بواسطة قوة الجاذبية لجسم آخر بالمد والجزر. على سبيل المثال ، المد المحيط على الأرض هو إحدى ظاهرة المد والجزر التي تسببها قوة الجاذبية بين القمر والشمس والأرض. مياه البحر مشوهة لدرجة أنه يمكن ملاحظة إزاحتها بسهولة. يعتمد مقدار التشوه الذي يمكن لجسم سماوي بفعل قوة المد والجزر ، بهذه الطريقة ، على هيكله الداخلي ، وخاصة على صلابة باطنه. على العكس من ذلك ، فهذا يعني أن مراقبة درجة التشوه تمكننا من التعرف على الجزء الداخلي ، والذي عادة لا يكون مرئيًا بشكل مباشر بالعين المجردة.

القمر ليس استثناء يمكننا التعرف على الجزء الداخلي من قمرنا الطبيعي من تشوهه الناجم عن قوة المد والجزر للأرض. كان التشوه معروفًا بالفعل من خلال العديد من الملاحظات الجيوديسية. ومع ذلك ، فإن نماذج البنية الداخلية للقمر كما هي مشتقة من الأبحاث السابقة لا يمكن أن تفسر التشوه الذي لوحظ بدقة بواسطة برامج استكشاف القمر المذكورة أعلاه. لذلك ، أجرى فريق البحث حسابات نظرية لفهم نوع الهيكل الداخلي للقمر الذي يؤدي إلى التغيير الملحوظ في شكل القمر.

هذا هو الرسم التخطيطي لنمط شكل القمر المتغير بفعل قوة الجاذبية الأرضية. إنه يظهر بشكل مشوه بشكل خاص من خلال أن حركة القمر إلى الأرض خارج دائرة كاملة. من أجل الوضوح ، فإنه يرسم مشوهًا أكبر من الفعلي. الائتمان: المرصد الفلكي الوطني لليابان

ما ركز عليه فريق البحث هو البنية العميقة داخل القمر. خلال برنامج أبولو ، أجريت ملاحظات زلزالية على القمر. تشير إحدى نتائج التحليل المتعلقة بالهيكل الداخلي للقمر استنادًا إلى البيانات الزلزالية إلى أن القمر الصناعي يتكون أساسًا من جزأين: "القلب" ، والجزء الداخلي المكون من المعدن ، و "الوشاح" ، الجزء الخارجي مصنوع من الصخر. وجد فريق البحث أن تشوه المد والجزر الملحوظ للقمر يمكن تفسيره جيدًا إذا افترض أن هناك طبقة ناعمة للغاية في أعمق جزء من الوشاح القمري. أشارت الدراسات السابقة إلى وجود احتمال أن يكون جزء من الصخر في أعمق جزء داخل الوشاح القمري قد انصهر. تدعم نتيجة البحث هذه الاحتمالية المذكورة أعلاه لأن الصخور المنصهرة جزئيًا تصبح أكثر نعومة. أثبت هذا البحث لأول مرة أن أعمق جزء من الوشاح القمري رخو ، بناءً على التوافق بين نتائج الملاحظة والحسابات النظرية.

علاوة على ذلك ، أوضح فريق البحث أيضًا أن الحرارة تتولد بكفاءة عن طريق المد والجزر في الجزء الرخو ، الأعمق في الوشاح. بشكل عام ، يتم تغيير جزء من الطاقة المخزنة داخل جسم سماوي عن طريق تشوه المد والجزر إلى حرارة. يعتمد توليد الحرارة على نعومة الداخل. ومن المثير للاهتمام ، أنه من المتوقع أن تكون الحرارة المتولدة في الطبقة عند الحد الأقصى تقريبًا عندما تكون نعومة الطبقة مماثلة لتلك التي قدر الفريق من المقارنة أعلاه للحسابات والملاحظات. قد لا يكون هذا مصادفة. بدلاً من ذلك ، يُنظر إلى الطبقة نفسها على أنها محفوظة حيث أن كمية الحرارة المتولدة داخل الطبقة اللينة متوازنة بشكل جيد مع كمية الحرارة الخارجة من الطبقة. في حين تشير الأبحاث السابقة أيضًا إلى أن جزءًا من الطاقة داخل القمر بسبب تشوه المد والجزر قد تغير إلى حرارة ، يشير البحث الحالي إلى أن هذا النوع من تحويل الطاقة لا يحدث بشكل موحد في القمر بأكمله ، ولكن بشكل مكثف فقط في الطبقة اللينة . يعتقد فريق البحث أن الطبقة اللينة تعمل الآن على تسخين قلب القمر حيث يبدو أن اللب ملفوف بطبقة تقع في أعمق جزء من الوشاح ، والتي تولد الحرارة بكفاءة. يتوقعون أيضًا أن طبقة ناعمة مثل هذه قد تكون قد أدت إلى تدفئة اللب في الماضي أيضًا.

هذه القيمة التقديرية لبنية اللزوجة الداخلية للقمر تكرر بشكل جيد نتائج الرصد في هذا البحث. The viscosity is one of the indicator of tenderness/hardness. For reference, the density structure and seismic velocity based on previous study are added. Credit: National Astronomical Observatory of Japan

Concerning the future outlook for this research, Dr. Yuji Harada, the principle investigator of the research team, said, "I believe that our research results have brought about new questions. For example, how can the bottom of the lunar mantle maintain its softer state for a long time? To answer this question, we would like to further investigate the internal structure and heat-generating mechanism inside the Moon in detail. In addition, another question has come up: How has the conversion from the tidal energy to the heat energy in the soft layer affected the motion of the Moon relative to the Earth, and also the cooling of the Moon? We would like to resolve those problems as well so that we can thoroughly understand how the Moon was born and has evolved."

Another investigator, Prof. Junichi Haruyama of Institute of Space and Aeronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, mentioned the significance of this research, saying, "A smaller celestial body like the Moon cools faster than a larger one like the Earth does. In fact, we had thought that volcanic activities on the Moon had already come to a halt. Therefore, the Moon had been believed to be cool and hard, even in its deeper parts. However, this research tells us that the Moon has not yet cooled and hardened, but is still warm. It even implies that we have to reconsider the question as follows: How have the Earth and the Moon influenced each other since their births? That means this research not only shows us the actual state of the deep interior of the Moon, but also gives us a clue for learning about the history of the system including both the Earth and the Moon."


How Do the Phases of the Moon Affect the Tides?

You may have heard about how the Moon generates the tides. You may even know that high spring tides occur during a full or new Moon, and that low neap tides occur during a quarter Moon (when the Moon appears as a semicircle). But how does it really work? Nothing is changing about the Moon during these times except how much of it is lit up, right? Let&rsquos find out!

Problem

Where do spring and neap tides come from?

Materials

  • Scissors
  • Colored construction paper (yellow, blue, green, and grey/white are good colors)
  • Glue
  • Pen or marker

Procedure

  1. Cut out a Sun, Earth, and Moon from your construction paper. Cut an oval out of blue construction paper, then trim off the two sides to make a circle. Save the crescents you trimmed off of the oval&mdashyou&rsquoll use these as the spring tides. Cut out even smaller slivers to represent neap tides. If you want, you can cut out continents in green construction paper and glue them on the Earth. Draw a dotted line through the middle to represent the equator.
  2. The Moon is about 1/4th the diameter of the Earth. In reality, the Sun is many times larger than the Earth, but since it&rsquos far away and for the purposes of this experiment, just cut out a circle about as big as the Moon.
  3. Put the Sun, Earth and Moon on a table to represent the solar system. The Sun is far away (much farther than you&rsquod be able to show on a table), so put it at one end of the table. Place the Earth so that if you continued the line of the equator, you would run into the Sun. The Moon orbits the Earth, so place it next to the Earth.
  4. Now we will create a spring tide. First, figure out where the Moon is when it&rsquos full. Hint: sunlight is what illuminates the face of the Moon and makes it appear as a full circle from the Earth. In which position must the Moon be in relation to the Sun and Earth to make this happen?
  5. Now, place one of the spring tide crescent trimmings on the side of the Earth facing the moon.
  6. There are spring tides on the other side, too, so place the other piece of &ldquotide&rdquo on the side of the Earth opposite the Moon. What do you notice about the orientation of the Sun, Moon, and Earth during the spring tide?
  7. Move the Moon so that it&rsquos in a position where it will be &ldquonew,&rdquo or completely dark when viewed from Earth. What do you notice about the orientation of the Sun, Moon, and Earth?
  8. Now, where is the Moon oriented in relation to the Sun and Earth when it is a quarter? Place your neap tide crescents with one facing the Moon, and the other on the opposite side. Remember that a &ldquoquarter moon&rdquo is when the Moon looks like a semicircle from Earth. We call this a quarter moon because only 1/4 th of the Moon is illuminated (don&rsquot forget the half of the Moon that you can&rsquot see!).
  9. Compare the positions of the Sun, Moon, and Earth during spring tides and neap tides. Why might this affect the tides?

نتائج

A full moon is when the Moon is opposite of the Earth, relative to the Sun. The new moon is when the Moon is on the same side of the Earth as the Sun. Quarter moons are on either side of the Earth, 90 degrees from the position of full or new moons. Spring tides only happen when the Moon, Earth, and Sun are lined up.

Phases of the Moon happen because of the way that the Sun lights it up. A new moon occurs when the Moon is directly between the Earth and the Sun. A full moon occurs when the Moon is directly opposite of (180 degrees from) this position. A quarter moons occurs when the Earth, Moon, and Sun form a 90 degree angle. Crescent and gibbous moons occur between these phases.

Both the Moon and the Sun exert gravitational force on Earth&rsquos oceans. During spring tides, since the Moon and the Sun are aligned, they exert gravitational force on the tides at the same time and in the same direction. However, when the Sun and Moon are at right angles to each other during quarter moons, the forces of gravity partially cancel each other out. The Sun&rsquos gravity is much, much stronger than the Moon&rsquos, but it&rsquos farther away, and the difference between one side of the Earth and the other is relatively small, too. This causes neap tides.

Disclaimer and Safety Precautions

Education.com provides the Science Fair Project Ideas for informational purposes only. Education.com does not make any guarantee or representation regarding the Science Fair Project Ideas and is not responsible or liable for any loss or damage, directly or indirectly, caused by your use of such information. By accessing the Science Fair Project Ideas, you waive and renounce any claims against Education.com that arise thereof. In addition, your access to Education.com's website and Science Fair Project Ideas is covered by Education.com's Privacy Policy and site Terms of Use, which include limitations on Education.com's liability.

Warning is hereby given that not all Project Ideas are appropriate for all individuals or in all circumstances. Implementation of any Science Project Idea should be undertaken only in appropriate settings and with appropriate parental or other supervision. Reading and following the safety precautions of all materials used in a project is the sole responsibility of each individual. For further information, consult your state's handbook of Science Safety.


شاهد الفيديو: ظاهرة المد والجزر في مصر سبحان الله (قد 2022).