Waarom draait de maan om de aarde (en niet om de zon)?

Tim stelde deze vraag op 13 januari 2021 om 16:07.

Hallo, ik heb een vraag over de hemelmechanica. Ik heb het zelf ook al aan mijn docent gevraagd maar die snapt het zelf ook niet zegt hij. Mijn vraag luidt als volgt:
Hoe kan het eigenlijk dat de maan om de aarde heen cirkelt. De gravitatiekracht van de zon op de maan is veel groter dan de gravitatiekracht van de aarde op de maan.



Daarom zou ik juist verwachten dat de maan, net als alle planeten, gewoon direct om de zon heen zou draaien. Omdat de Fmpz groter is naar de zon gericht. Hoe kan het dat ondanks de middelpuntzoekende kracht naar de zon gericht staat, de maan TOCH besluit om de aarde heen te cirkelen?

Reacties

Theo de Klerk op 13 januari 2021 om 16:23
> De gravitatiekracht van de zon op de maan is veel groter dan de gravitatiekracht van de aarde op de maan.

Dat is zo. Als je de aarde wegdenkt en de maan overhoudt, dan beweegt die domweg in aardbaan.
Het zwaartepunt van aarde en maan (gezien als 1 stelsel)  beweegt om de zon en de "cirkelbaan" ervan kun je met de Keplerwet berekenen. 

De aarde en maan trekken elkaar onderling ook aan. Dus elk draait ook nog eens om hun gemeenschappelijke zwaartepunt. Dat punt ligt binnen de aarde (die veel groter is en veel meer massa heeft dan de maan). Dus de aarde lijkt een beetje te schommelen terwijl de maan een veel grotere cirkelbaan draait om dit punt.

De cirkelbaan om het aarde-maan zwaartepunt en de cirkelbaan van aarde-maan zwaartepunt om de zon zorgt voor de uiteindelijke rotatie om de zon. Niet een fraaie cirkel maar voor de aarde een cirkel met kleine golfjes erop, voor de maan een slingerachtige beweging.
Tim op 13 januari 2021 om 16:44
Allereerst dankuwel voor de snelle reactie! Ik snap alleen nog steeds niet hoe dit proces kán gebeuren als je het op basis van krachten bekijkt. Want als je een voorwerp precies tussen 2 planeten zou plaatsen, is het voorwerp toch geneigd om de baan van de zwaarste planeet te gaan volgen waar het dus de meeste Fg van ondervindt? En wat bedoelt u precies met 'gezien als 1 stelsel'?
Jan van de Velde op 13 januari 2021 om 16:53
dag Tim,

Dat komt omdat de materie waaruit aarde en maan zijn ontstaan al bij het ontstaan van het zonnestelsel uit een gaswolk net als die hele gaswolk een "draaikolksnelheid" meekreeg rond het punt waar de zon begon te ontstaan. Zou dat niet zijn gaan draaien toen, dan zou gewoon alle materie in het zonnestelsel rechtstreeks naar de zon zijn getrokken.

deze laat in een minuutje een animatie van dat ontstaan uit die gaswolk zien:

https://www.youtube.com/watch?v=8Rg9v3J0IiU


We zijn nu dus in een permanente vrije val naar de zon, maar door die zijdelingse snelheid vallen we er steeds voorbij, en draaien we dus rondjes rond de zon, in plaats in een rechte lijn naar de zon te vallen, of de ruimte in te schieten. Op vergelijkbare wijze kunnen we ook satellieten in een baan rond de aarde brengen: niet recht omhoog schieten, maar schuin weg, uiteindelijk parallel aan het aardoppervlak. Bij de juiste snelheid op de juiste hoogte blijft de satelliet dan rondjes draaien.

Als we de aarde zouden afremmen in haar baan (met hele gigagrote raketten) dan zou de aarde naar de zon toe gaan spiraliseren en uiteindelijk in de zon neerstorten.

In jouw plaatje staat alles stil. Ja , dat zou gigantisch verkeerd aflopen :( 
Vanuit die positie zou de maan rap naar de zon gaan vallen, en de aarde  er direct achteraan trouwens

Groet, Jan
Jaap Koole op 13 januari 2021 om 20:55
Dag Tim,

Je vraag luidt: 'Hoe kan het eigenlijk dat de maan om de aarde heen cirkelt'?
Is het wel zo, dat de maan om de aarde heen cirkelt? Je kunt ook zeggen dat de maan voortdurend naar de zon valt, en de aarde valt gezellig mee. Iets dergelijks zei Jan ook al.

Je vraagt hoe het kan gebeuren, als je het op basis van krachten bekijkt. Zie de bovenste figuur: zelfs als de maan tussen de aarde en de zon is, is de resulterende gravitatiekracht Fg,res op de maan naar de zon gericht. Dat is nog sterker het geval als de aarde zich tussen de zon en de maan bevindt. Fg,res speelt de rol van middelpuntzoekende kracht op de maan, in de richting van de zon, zoals je zegt. Bij 'onze' maan is Fg,res op elk moment naar de zon gericht. Doordat de aarde zich ermee bemoeit, is Fg,res niet altijd even groot. Dat geeft de wiebelende baan van de maan om de zon, zoals beschreven door Theo. In zijn figuur kun je net zo goed zeggen dat de maan om de zon draait. Je schreef: 'Daarom zou ik juist verwachten dat de maan, net als alle planeten, gewoon direct om de zon heen zou draaien. Omdat de Fmpz groter is naar de zon gericht.' Goed bedacht! Wég is je probleem?

Hoe het komt dat alles om de zon draait, heeft Jan beschreven. Het zou wel erg toevallig zijn als de oerwolk helemaal niet draaide. Een wolk heeft nu eenmaal veel meer mogelijkheden om wel te draaien dan niet te draaien. Een geringe draaiing aan het begin is in de loop van miljoenen jaren bij de samentrekking van de oerwolk versneld, zoals een kunstschaatser sneller om de eigen as gaat draaien bij het intrekken van de armen. Zodoende is het niet vreemd dat de aarde en de maan om de zon draaien; het zou juist vreemd zijn als het niet zo was.

Hierdoor draaien de planeten1 bovendien om hun eigen as, vandaar dag en nacht. Hoe wij aan de maan komen, is niet zeker. Een theorie zegt dat de vroege aarde is getroffen door een kleine andere planeet, maatje Mars. Door de klap smolt veel aards gesteente en vloog een deel de ruimte in. Uit samenklontering zou de maan zijn ontstaan. Doordat de aarde al om zijn as draaide, kreeg de maan een draaiing in dezelfde richting om ehh... de zon.

Door de getijden in de oceaan en de aardkorst komt warmte vrij. Dat kost draaiingsenergie en het gevolg is dat de gemiddelde afstand tussen de maan en de aarde met 3,8 cm per jaar toeneemt. Zo komt de maan nog meer 'in de greep van de zon'. Hoelang zal dat doorgaan? Eens rekenen... nog een jaar of 50 miljard2, waarna een wiebelperiode van de maan even lang duurt als de draaiing van de aarde om zijn as. Daarna groeit de afstand niet meer.

'Onze' maan is in dit alles een uitzondering. Bij alle andere manen in ons zonnestelsel zijn de massa van de planeet en de afstand planeet-maan zodanig dat de maan niet op elk  moment naar de zon valt, maar soms naar de planeet.

1 Uitzonderingen: Venus draait in tegengestelde richting om haar as en Uranus is zo gekanteld dat je haast niet meer kunt spreken van vooruit of achteruit om zijn as draaien.
2 Niet dus. Al veel eerder groeit de zon tot een rode reus en worden aarde en maan opgeslokt door de zon.
Theo de Klerk op 16 januari 2021 om 13:38
Als je uit de tekening de aarde weglaat, dan zie je duidelijker dat de maan een golfvormige beweging langs een cirkelbaan maakt die in feite de baan om de zon is.
Als je de aarde als oorzaak van de golfbeweging intekent, dan is het meteen duidelijk.

Dit soort waarnemingen doen ook astronomen bij sommige sterren die maar een lichtpuntje zijn. Die sterren blijken dan aan de hemel niet een rechte baan te beschrijven (vanaf de aarde gezien) maar te wiebelen. Dat duidt meestal op een donkerder ster die in de buurt staat en samen een dubbelsterstelsel vormt. 



In de tekening hieronder probeer ik de zwaartepunten van de maan, aarde en hen samen als stelsel weer te geven en hoe de aarde (diens zwaartepunt) om dat gemeenschappelijke zwaartepunt draait. En idem voor de maan. Dat gemeenschappelijke zwaartepunt (alsof maan en aarde 1 enkele bol is) draait om de zon.
Het verhaal over "wiebelen" van de aarde om het gemeenschappelijke zwaartepunt geldt natuurlijk ook voor  maan/aarde en de zon. Ook die hebben een gemeenschappelijk zwaartepunt (heel diep in de zon gelegen) waarom ze eigenlijk draaien. Maar de zon komt door de aarde maar een paar centimeters uit zijn stand, de aarde draait er in royale baan omheen.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft achtentwtintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)