潮汐加熱

潮汐加熱（潮汐散逸または潮汐減衰とも呼ばれる）は、潮汐摩擦過程によって発生します。軌道エネルギーと回転エネルギーは、惑星または衛星の表面海洋または内部（あるいはその両方）で熱として散逸されます。物体が楕円軌道にある場合、物体に作用する潮汐力は遠点付近よりも近点付近で強くなります。そのため、潮汐力による物体の変形（すなわち潮汐膨張）は軌道に沿って変化し、内部摩擦を生じさせて内部を加熱します。物体が得るこのエネルギーは、軌道エネルギーおよび/または回転エネルギーから得られるため、2体システムでは、時間の経過とともに、初期の楕円軌道は円軌道に減衰し（潮汐円軌道化）、2つの物体の回転周期は軌道周期に一致するように調整されます（潮汐ロック）。持続的な潮汐加熱は、他の天体からの重力によって楕円軌道が円形化されず、その重力が天体を楕円軌道に引き戻そうとし続ける場合に発生します。このより複雑なシステムでは、軌道エネルギーと回転エネルギーは依然として熱エネルギーに変換されますが、今度は軌道の離心率ではなく、軌道の長半径が縮小します。

Tidal heating is responsible for the geologic activity of the most volcanically active body in the Solar System: Io, a moon of Jupiter. Io's eccentricity persists as the result of its orbital resonances with the Galilean moonsEuropa and Ganymede.^[1] The same mechanism has provided the energy to melt the lower layers of the ice surrounding the rocky mantle of Jupiter's next-closest large moon, Europa. However, the heating of the latter is weaker, because of reduced flexing—Europa has half Io's orbital frequency and a 14% smaller radius; also, while Europa's orbit is about twice as eccentric as Io's, tidal force falls off with the cube of distance and is only a quarter as strong at Europa. Jupiter maintains the moons' orbits via tides they raise on it and thus its rotational energy ultimately powers the system.^[1] Saturn's moon Enceladus is similarly thought to have a liquid water ocean beneath its icy crust, due to tidal heating related to its resonance with Dione. The water vapor geysers which eject material from Enceladus are thought to be powered by friction generated within its interior.^[2]

Munk & Wunsch (1998) estimated that Earth experiences 3.7 TW (0.0073 W/m²) of tidal heating, of which 95% (3.5 TW or 0.0069 W/m²) is associated with ocean tides and 5% (0.2 TW or 0.0004 W/m²) is associated with Earth tides, with 3.2 TW being due to tidal interactions with the Moon and 0.5 TW being due to tidal interactions with the Sun.^[3] Egbert & Ray (2001) confirmed that overall estimate, writing "the total amount of tidal energy dissipated in the Earth-Moon-Sun system is now well-determined. The methods of space geodesy—altimetry, satellite laser ranging, lunar laser ranging—have converged to 3.7 TW ..."^[4]

Heller et al. (2021) estimated that shortly after the Moon was formed, when the Moon orbited 10-15 times closer to Earth than it does now, tidal heating might have contributed ~10 W/m² of heating. This heating happened over perhaps 100 million years, and could have accounted for a temperature increase of up to 5°C on the early Earth.^[5][6]

Harada et al. (2014) proposed that tidal heating may have created a molten layer at the core-mantle boundary within Earth's Moon.^[7]

The tidal heating rate, ${\displaystyle {\dot {E}}_{\text{Tidal}}}$スピン同期衛星では、共面（${\displaystyle I=0}$）であり、偏心軌道は次のように表される。$${\displaystyle {\dot {E}}_{\text{Tidal}}=-\operatorname {Im} (k_{2}){\frac {21}{2}}{\frac {GM_{h}^{2}R^{5}ne^{2}}{a^{6}}}}$$どこ${\displaystyle R}$、${\displaystyle n}$、${\displaystyle a}$、 そして${\displaystyle e}$それぞれ衛星の平均半径、平均軌道運動、軌道距離、および離心率である。^{[ 8 ]}${\displaystyle M_{h}}$宿主（または中心）天体の質量と${\displaystyle \operatorname {Im} (k_{2})}$これは、衛星が潮汐エネルギーを摩擦熱に散逸させる効率を測定する第2次ラブ数の虚数部を表します。この虚数部は、物体のレオロジーと自己重力の相互作用によって定義されます。したがって、これは物体の半径、密度、およびレオロジーパラメータ（せん断弾性率、粘度など、レオロジーモデルに依存する）の関数です。^{[ 9 ] [ 10 ]}レオロジーパラメータの値は、物体の内部の温度と部分溶融の濃度に依存します。^{[ 11 ]}

非同期回転子における潮汐散逸電力は、より複雑な式で与えられる。^{[ 12 ]}

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