Co to jest rotacja synchroniczna?

Synchroniczny obrót, znany również jako uchwycony obrót lub blokowanie pływów, jest zjawiskiem fizycznym w astronomii, w którym mniejsze ciało krążące wokół drugiego obraca się wokół własnej osi w przybliżeniu w takim samym czasie, jaki zajmuje okrążenie większego ciała. To powoduje, że jedna strona orbitującego satelity zawsze jest skierowana w stronę ciała, na którym krąży. Jednym z najbardziej oczywistych przykładów jest to, w jaki sposób Księżyc okrąża Ziemię w ciągu około 27 dni i dokonuje obrotu wokół własnej osi w tym samym czasie.

Podczas gdy orbita Księżyca ma synchroniczny obrót, nie jest ona do końca idealna. Wynika to głównie z faktu, że orbita Księżyca wokół Ziemi ma kształt eliptyczny, a nie idealnie okrągły. Kiedy księżyc znajduje się w apogeum, czyli w największej odległości od Ziemi wynoszącej 252 499 mil (406 357 kilometrów), jego obrót jest nieco szybszy niż na orbicie. To ujawnia dodatkowe 8 ° długości geograficznej zachodniej półkuli.

Kiedy znajduje się w swoim perygeum lub w najbliższej odległości od Ziemi 221 699 mil (356 790 kilometrów), jego obrót jest nieco wolniejszy niż na orbicie. Ujawnia to 8 stopni długości geograficznej jej półkuli wschodniej. Księżyc znajduje się również około 5 ° poza płaszczyzną ekliptyki Ziemi lub linią prostą, którą Ziemia okrąża Słońce, co ujawnia dodatkowe 7 ° powierzchni szerokości geograficznej podczas orbity wokół Ziemi.

Chociaż uważa się, że większość księżyców w naszym Układzie Słonecznym obraca się synchronicznie wokół swoich ciał macierzystych, jednym znaczącym wyjątkiem jest Księżyc Hyperion, który krąży wokół planety Saturn. Hyperion jest księżycem o nieregularnym kształcie, który jest najbliższym obiektem w kosmosie do masywnego Tytana, największego księżyca Saturna, który jest większy niż planeta Merkury. Tytan i Hyperion są zablokowane w rezonansie orbitalnym, wpływając na swoje orbity wokół Saturna tak, że na każde cztery orbity Saturna wykonane przez Tytana Hyperion tworzy trzy.

Sonda Cassini dokonała pomiarów orbity Hyperiona w bliskich lotach Księżyca w 2005 roku. Misja ustaliła, że ​​Hyperion obraca się między 4,2 a 4,5 razy szybciej niż to, co byłoby dla niego szybkością synchroniczną. Orbita Hyperiona jest opisywana jako chaotyczna, ponieważ zmiany jej obrotu wokół własnej osi oznaczają, że nie ma określonego równika ani biegunów. Dlatego też jego położenie wokół Saturna w dowolnym momencie jest nieprzewidywalne.

Kiedy dwa ciała w przestrzeni dzielą się blisko siebie i mają podobne rozmiary fizyczne, oba mają tendencję do dzielenia się wokół siebie także synchronicznymi orbitami. Dotyczy to karłowatej planety Plutona i jej największego księżyca Charona, który znajduje się zaledwie 12 000 mil od Plutona. Księżyc Charon ma średnicę 770 mil (1270 kilometrów), co czyni go nieco ponad połowę wielkości samego Plutona o średnicy 1440 mil (2320 kilometrów).

Zarówno Pluton, jak i jego księżyc Charon obracają się wokół własnej osi w ciągu około 6,3 dni, z których każdy utrzymuje tę samą stronę powierzchni skierowaną do siebie przez cały czas. Jest to zjawisko, które pewnego dnia ziemia zrobi również z księżycem. Te unikalne cechy spowodowały, że system Plutona-Charona został oznaczony jako podwójna planeta.

Inne systemy oprócz planet i księżyców mogą również wyświetlać rotację synchroniczną. Niektóre gwiazdy podwójne w galaktyce Drogi Mlecznej, dwie gwiazdy zamknięte wokół siebie na orbitach, są również znane z rotacji synchronicznej. Teleskop kosmiczny Kanadyjskiej mikrowolności i oscylacji gwiazd (MOST), wystrzelony w 2003 roku, został zaprojektowany w celu zbadania tego.

Gwiazda Tau Bootis, około 50 lat świetlnych od Ziemi, została odkryta przez MOST jako synchroniczna rotacja z tau Bootis b, masywną planetą około 7 do 8 razy większą od Jowisza, krążącą wokół Tau Bootis. Ponieważ Jowisza jest 100 razy bliżej swojej gwiazdy macierzystej niż Słońca, tau Bootis krąży wokół Słońca co 3,3 dni, a ta sama strona powierzchni gwiazdy zawsze skierowana jest w stronę planety. Naukowcy twierdzą, że wiele gwiazd może faktycznie być zaangażowanych w takie pływowe blokowanie dużych, krążących blisko siebie planet. Jest jednak prawdopodobne, że planety te gniją na orbitach, jak sugeruje ich bliskość do gwiazd.