Mengapa bulan-bulan tertentu memiliki periode rotasi yang sama dengan periode orbitnya?

Bulan kita dan bulan Saturnus, Titan, memiliki fitur ini. Karena itu kita hanya mengamati satu sisi (belahan) bulan kita. Kenapa ini? Apa Newtonian atau astrofisika yang akan menjelaskan ini? Tampaknya itu akan menjadi semacam keseimbangan yang tiba pada waktunya, tetapi saya tidak memahaminya.

Jawabannya tentu saja adalah gaya pasang surut, tetapi itu tidak menjelaskan mekanisme pasti bagaimana kekuatan pasang surut menghasilkan penguncian pasang surut , yaitu, benda yang mengorbit menunjukkan wajah yang sama dengan benda pusat seperti yang mengorbit karena laju rotasi dan revolusi menilai sama. Saya akan menjelaskan mekanisme ini menggunakan sistem Bumi-Bulan sehingga saya bisa lebih spesifik, tetapi sama-sama berlaku untuk sistem apa pun.

Untuk memulai, gaya pasang surut adalah hasil dari gaya gravitasi diferensial di seluruh massa benda. Bulan bukan titik massa, ia memiliki ukuran yang diperpanjang. Gaya gravitasi di Bulan oleh Bumi tergantung pada jarak (seperti gaya gravitasi untuk apa pun). Apa artinya ini adalah bahwa di sisi Bulan yang menghadap Bumi, gaya gravitasi lebih kuat dan saat Anda maju melalui Bulan ke sisi lawan Bumi, gaya gravitasi semakin lemah. Ini berarti sisi yang menghadap Bumi dari Bulan akan ditarik lebih kuat dan lebih dekat ke Bumi sementara sisi yang berlawanan dengan Bumi, sementara masih ditarik ke arah Bumi, tidak ditarik dengan kuat atau sedekat itu. Pada akhirnya, ini menghasilkan Bulan cacatsedemikian rupa sehingga menjadi sedikit oblate dan membentang ke arah Bumi. Pelenturan permukaan ini dikenal sebagai pasang surut.

Sekarang mari kita asumsikan Bulan saat ini tidak terkunci terkunci dengan Bumi, dan pada kenyataannya berputar sedikit lebih cepat daripada mengorbit. Bumi menyebabkan pasang surut di Bulan dan Bulan berputar pada porosnya. Pasang surut, yang disebabkan oleh gaya pasang surut, ingin tetap sejajar dengan garis Bumi-Bulan karena itulah arah gaya pasang surut diterapkan. Namun, butuh waktu dan banyak energi untuk mengubah bentuk Bulan. Setelah Bulan berubah bentuk, Bulan akan berputar dan mencoba menarik kelainan pasang surut itu bersamanya, secara efektif menggerakkan tonjolan pasang surut di depan garis Bumi-Bulan. Bumi masih menerapkan gaya pasang surut di sepanjang garis Bumi-Bulan untuk mencoba dan menarik tonjolan pasang surut kembali ke garis. Gaya konstan ini berusaha menarik tonjolan pasang surut kembali (atau ke depan jika Bulan berputar terlalu lambat) memungkinkan transfer momentum untuk memperlambat Bulan (atau lagi, percepat jika terlalu lambat). Poin utama di sini adalah bahwa penguncian pasut adalah keadaan keseimbangan karena jika Bulan berputar terlalu lambat atau terlalu cepat, Bumi yang mencoba menarik tonjolan pasang surut ke garis Bumi-Bulan akan mengubah laju rotasi Bulan hingga menjadi tidally terkunci. Begitu terkunci secara tidal, tonjolan pasang surut itu akan selalu berada di sepanjang garis Bumi-Bulan dan kekuatan ini akan hilang. Bumi yang mencoba menarik tonjolan pasang surut ke garis Bumi-Bulan akan mengubah laju rotasi Bulan hingga terkunci secara tidal. Begitu terkunci secara tidal, tonjolan pasang surut itu akan selalu berada di sepanjang garis Bumi-Bulan dan kekuatan ini akan hilang. Bumi yang mencoba menarik tonjolan pasang surut ke garis Bumi-Bulan akan mengubah laju rotasi Bulan hingga terkunci secara tidal. Begitu terkunci secara tidal, tonjolan pasang surut itu akan selalu berada di sepanjang garis Bumi-Bulan dan kekuatan ini akan hilang.

Itu mencakup sekitar setengah dari jawabannya. Saat mencoba pasang mengunci Bulan ke Bumi, Anda harus mempertimbangkan dua periode waktu. Yang pertama, yang dibahas dalam paragraf sebelumnya, adalah waktu rotasi Bulan di sekitar porosnya. Yang lainnya adalah waktu revolusi Bulan mengelilingi Bumi. Keduanya harus cocok. Paragraf sebelumnya menggambarkan bagaimana waktu rotasi Bulan di sekitar porosnya dapat dipengaruhi, tetapi ada juga cara untuk mempengaruhi waktu revolusi Bulan di sekitar Bumi. Untungnya, ini dengan mekanisme yang hampir sama seperti di atas. Efeknya, Bulan juga menyebabkan tonjolan pasang surut di Bumi dan karena Bumi berputar, tonjolan pasang surut ini tidak akan langsung selaras dengan garis Bumi-Bulan. Tonjolan pasang surut yang tidak selaras di Bumi ini bertindak untuk mentransfer energi ke kecepatan orbit Bulan, menyebabkannya mempercepat atau memperlambat. Kebetulan, melalui kekekalan momentum sudut, ini tentu menyebabkan Bulan menjauh dari kita dengan laju yang kecil tapi terus-menerus.

Singkatnya, gaya pasang surut menyebabkan penguncian pasang surut, tetapi itu terjadi melalui gaya rumit dan lambat selama periode waktu yang lama yang mempengaruhi kecepatan orbit dan kecepatan rotasi Bulan hingga ditemukan keseimbangan. Keseimbangan itu adalah penguncian pasut.

Jawaban sederhananya adalah: gaya pasang surut, yang merupakan efek gravitasi kedua. Dengan cara yang sama bahwa Bulan menyebabkan pasang surut dan pasang surut lautan di Bumi, Bumi juga memiliki efek yang sama pada Bulan.

Gaya ini memiliki asal yang sama, namun jauh lebih kuat karena massa Bumi. Gaya pasang surut ini menyebabkan torsi pada rotasi di Bulan dan inilah mengapa ia hanya menunjukkan wajah yang sama ke Bumi.

Fakta menyenangkan, Pluto dan hanya bulan Charon yang menunjukkan hanya satu wajah selama orbitnya karena kekuatan pasang surut. Juga gaya pasang surut memperlambat rotasi Bumi juga.