Czy na planety działa siła tarcia?

Pytanie

Pyta Anna

Czy na planety działa siła tarcia? Czy każda planeta nigdy nie znajdzie się w tym samym miejscu we Wszechświecie?

Odpowiedź

Odpowiada Jan Zdunkiewicz

Siła tarcia to siła oporu, która przeciwdziała względnemu ruchowi dwóch ciał. Na przykład pchając szafę po podłodze, tarcie między podłożem i meblem będzie utrudniało nam to przesuwanie. Jeśli chodzi o planety to moglibyśmy uwzględnić siłę oporu powietrza, do którego niewielki wkład ma też tarcie (powietrze jest bardzo rzadkie, więc raczej nie mówimy o sile tarcia względem niego, ale ono istnieje). Jednak w dobrym przybliżeniu planety poruszają się w próżni, co oznacza, że wszelkie siły oporu są pomijalne i nie ma żadnego tarcia. Sama planeta, jeśli jest skalista a nie gazowa, na pewno wytworzy tarcie na jej powierzchni, kiedy tylko będziemy tam chcieli przesunąć jakąś szafę.

Oprócz tego można powiedzieć o tarciu bezpośrednio na planecie. Przez działanie grawitacyjne Księżyca na Ziemię mamy przypływy i odpływy oceaniczne. Te pływy, między innymi w wyniku tarcia między wodą a dnem oceanu, zmniejszają delikatnie prędkość ruchu obrotowego naszej planety. Oprócz tego zewnętrzny płaszcz Ziemi porusza się względem płynnego jądra i tam również pojawia się siła tarcia. Oczywiście na planecie występują też na przykład ruchy tektoniczne, czyli znowu mamy jakieś tarcie, tym razem przy ruchach litosfery.

Kolejne pytanie jest intrygujące i nieco filozoficzne. Trudno na nie odpowiedzieć, bo jak określić „to samo miejsce we Wszechświecie”? Żeby wybrać takie miejsce musimy mieć jakiś punkt odniesienia, a w kosmosie nie jesteśmy w stanie takiego wybrać. Możemy wyobrazić sobie układ współrzędnych z naszą wybraną planetą w jego początku, ale wtedy ten układ będzie poruszał się razem z nią! Sprawę komplikuje jeszcze rozszerzanie się Wszechświata, bo „rozciągnie” nam nasz układ współrzędnych.

Niestety nie jesteśmy w stanie powiedzieć czy planeta wróci na to samo miejsce, bo nie wiemy gdzie to jest. Myślę, że moglibyśmy zapytać czy planeta wróci na przykład w ten sam punktów względem jakiegoś obiektu $O$ we wnętrzu galaktyki, w której się znajduje. Wtedy planeta, prawdopodobnie powiązana z gwiazdą, będzie kręcić się wokół niej. Gwiazda ta prawdopodobnie będzie kręcić się wokół obiektu $O$ w tej galaktyce. Jest to w gruncie rzeczy skomplikowany układ, jednak myślę, że istnieją takie okoliczności, w których planeta wróci na „to samo miejsce”. Przykładowo z pewnym przybliżeniem można sobie wyobrazić to w następujący sposób. Gwiazda przesunie się „do przodu”, a planeta zrobi w tym czasie półokrąg „w tył” wokół niej, wracając na to samo miejsce względem $O$, w którym była pół swojego okresu obiegu temu. Oczywiście można sobie wyobrazić wiele bardziej skomplikowanych scenariuszy. Ostatecznie: czy jest to możliwe, aby planeta wróciła na to samo miejsce we Wszechświecie – nie da się powiedzieć; czy jest to możliwe, aby planeta wróciła na to samo miejsce względem jakiegoś wybranego obiektu – w przybliżeniu: tak; czy tak się dzieje – mało prawdopodobne.