Ruch wsteczny i progresywny - Retrograde and prograde motion

Orbita wsteczna: satelita (czerwony) krąży w kierunku przeciwnym do obrotu jego głównego (niebieski/czarny)

Ruch wsteczny w astronomii to ogólnie ruch orbitalny lub obrotowy obiektu w kierunku przeciwnym do obrotu jego głównego , czyli centralnego obiektu (rysunek po prawej). Może również opisywać inne ruchy, takie jak precesja lub nutacja osi obrotu obiektu . Prograde lub bezpośredni ruch jest bardziej normalnym ruchem w tym samym kierunku, w którym obraca się pierwotna. Jednak „retrograde” i „prograde” mogą również odnosić się do obiektu innego niż podstawowy, jeśli tak opisano. Kierunek obrotu jest określany przez bezwładnościowy układ odniesienia , taki jak odległe gwiazdy stałe.

W Układzie Słonecznym orbity wokół Słońca wszystkich planet i większości innych obiektów, z wyjątkiem wielu komet , są progresywne. Okrążają Słońce w tym samym kierunku, w którym Słońce obraca się wokół własnej osi, która jest przeciwna do ruchu wskazówek zegara, gdy obserwuje się ją znad bieguna północnego Słońca. Oprócz Wenus i Urana rotacje planet również są stopniowe. Większość naturalnych satelitów ma progresywne orbity wokół swoich planet. Prograde satelity orbity Urana w kierunku rotacji Urana, który jest wsteczny do Słońca. Prawie wszystkie zwykłe satelityzablokowane pływowo, a zatem mają rotację progresywną . Satelity wsteczne są na ogół małe i oddalone od swoich planet, z wyjątkiem satelity Neptuna Trytona , który jest duży i bliski. Uważa się, że wszystkie satelity wsteczne uformowały się oddzielnie, zanim zostały przechwycone przez ich planety.

Większość sztucznych satelitów Ziemi o niskim nachyleniu została umieszczona na orbicie postępowej, ponieważ w tej sytuacji do osiągnięcia orbity potrzeba mniej paliwa.

Powstawanie układów niebieskich

Kiedy formuje się galaktyka lub układ planetarny , jego materiał przybiera kształt dysku. Większość materiału krąży i obraca się w jednym kierunku. Ta jednolitość ruchu jest spowodowana zapadnięciem się chmury gazu. Charakter zawalenia tłumaczy się zachowaniem momentu pędu . W 2010 roku odkrycie kilku gorących Jowiszów o orbitach wstecznych postawiło pod znakiem zapytania teorie powstawania układów planetarnych. Można to wytłumaczyć stwierdzeniem, że gwiazdy i ich planety nie tworzą się w izolacji, ale w gromadach gwiazd zawierających obłoki molekularne . Kiedy dysk protoplanetarny zderza się lub kradnie materiał z chmury, może to spowodować ruch wsteczny dysku i powstałych planet.

Parametry orbitalne i rotacyjne

Nachylenie orbity

Nachylenie obiektu niebieskiego wskazuje, czy orbita obiektu jest progresywna czy wsteczna. Nachylenie ciała niebieskiego to kąt między jego płaszczyzną orbity a innym układem odniesienia, takim jak płaszczyzna równikowa pierwotna obiektu. W Układzie Słonecznym , nachylenie planet mierzy się od płaszczyzny ekliptyki , która jest płaszczyzną z Ziemi „s orbicie wokół Słońca . Nachylenie księżyców mierzone jest od równika planety, na której krążą. Obiekt o nachyleniu od 0 do 90 stopni krąży lub obraca się w tym samym kierunku, w którym obraca się pierwotna. Obiekt o nachyleniu dokładnie 90 stopni ma orbitę prostopadłą, która nie jest ani progresywna, ani wsteczna. Obiekt o nachyleniu od 90 stopni do 180 stopni znajduje się na orbicie wstecznej.

Nachylenie osiowe

Nachylenie osiowe obiektu niebieskiego wskazuje, czy obiekt obraca się progresywnie czy wstecznie. Nachylenie osi to kąt między osią obrotu obiektu a linią prostopadłą do płaszczyzny orbity przechodzącej przez środek obiektu. Obiekt o nachyleniu osiowym do 90 stopni obraca się w tym samym kierunku, co jego główny. Obiekt o nachyleniu osiowym wynoszącym dokładnie 90 stopni ma obrót prostopadły, który nie jest ani progresywny, ani wsteczny. Obiekt o nachyleniu osiowym od 90 stopni do 180 stopni obraca się w kierunku przeciwnym do kierunku orbity. Niezależnie od nachylenia lub nachylenia osi, biegun północny każdej planety lub księżyca w Układzie Słonecznym jest definiowany jako biegun znajdujący się na tej samej półkuli niebieskiej, co biegun północny Ziemi.

Ciała Układu Słonecznego

Planety

Wszystkie osiem planet Układu Słonecznego krąży wokół Słońca zgodnie z kierunkiem obrotu Słońca, który jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara , patrząc z góry na północny biegun Słońca . Sześć planet również obraca się wokół własnej osi w tym samym kierunku. Wyjątkami – planetami z rotacją wsteczną – są Wenus i Uran . Nachylenie osi Wenus wynosi 177°, co oznacza, że ​​obraca się ona niemal dokładnie w przeciwnym kierunku do swojej orbity. Uran ma nachylenie osiowe 97,77°, więc jego oś obrotu jest w przybliżeniu równoległa do płaszczyzny Układu Słonecznego. Przyczyna niezwykłego nachylenia osi Urana nie jest do końca znana, ale zwykle spekuluje się, że podczas formowania się Układu Słonecznego, protoplaneta wielkości Ziemi zderzyła się z Uranem, powodując przekrzywioną orientację.

Jest mało prawdopodobne, że Wenus powstała z powolną rotacją wsteczną, która trwa 243 dni. Wenus prawdopodobnie zaczęła się od szybkiej, stopniowej rotacji trwającej kilka godzin, podobnie jak większość planet Układu Słonecznego. Wenus znajduje się wystarczająco blisko Słońca, aby doświadczyć znacznego grawitacyjnego rozpraszania pływów , a także ma wystarczająco gęstą atmosferę, by tworzyć termicznie napędzane pływy atmosferyczne, które wytwarzają wsteczny moment obrotowy . Obecna powolna rotacja wsteczna Wenus jest w równowadze między grawitacyjnymi pływami próbującymi pływowo zablokować Wenus na Słońcu a pływami atmosferycznymi próbującymi obrócić Wenus w kierunku wstecznym. Oprócz utrzymywania tej dzisiejszej równowagi, pływy są również wystarczające, aby wyjaśnić ewolucję rotacji Wenus od pierwotnego szybkiego kierunku postępowego do dzisiejszej powolnej rotacji wstecznej. W przeszłości proponowano różne alternatywne hipotezy wyjaśniające wsteczną rotację Wenus, takie jak kolizje lub pierwotnie powstała w ten sposób.

Pomimo tego, że Merkury jest bliżej Słońca niż Wenus, Merkury nie jest zablokowany pływowo, ponieważ wszedł w rezonans spinowo-orbitalny 3:2 z powodu mimośrodu swojej orbity. Progresywny obrót Merkurego jest na tyle powolny, że ze względu na jego ekscentryczność, jego orbitalna prędkość kątowa przekracza jego prędkość kątową w pobliżu peryhelium , powodując chwilowe odwrócenie ruchu Słońca na Merkurym niebie. Na obroty Ziemi i Marsa mają również wpływ siły pływowe ze Słońcem, ale nie osiągnęły one stanu równowagi, jak Merkury i Wenus, ponieważ znajdują się dalej od Słońca, gdzie siły pływowe są słabsze. Te gazowe olbrzymy Układu Słonecznego są zbyt masywne i zbyt daleko od Słońca przez siły pływowe zwalniać swoje obroty.

Planety karłowate

Wszystkie znane planety karłowate i kandydaci na planety karłowate mają progresywne orbity wokół Słońca, ale niektóre mają wsteczną rotację. Pluton ma rotację wsteczną; jego nachylenie osiowe wynosi około 120 stopni. Pluton i jego księżyc Charon są ze sobą pływowo połączeni. Podejrzewa się, że plutonowski system satelitarny powstał w wyniku potężnej kolizji .

Naturalne satelity i pierścienie

Pomarańczowy księżyc jest na orbicie wstecznej.

Jeśli powstaje w polu grawitacyjnym planety podczas formowania się planety, księżyc będzie krążył wokół planety w tym samym kierunku, w którym obraca się planeta i jest księżycem regularnym . Jeśli obiekt jest formowany gdzie indziej, a później zostaje przechwycony na orbitę przez grawitację planety, może zostać przechwycony na orbicie wstecznej lub progresywnej, w zależności od tego, czy najpierw zbliży się do tej strony planety, która obraca się w kierunku, czy od niej. To jest nieregularny księżyc .

W Układzie Słonecznym wiele księżyców wielkości asteroid ma orbity wsteczne, podczas gdy wszystkie duże księżyce z wyjątkiem Trytona (największego księżyca Neptuna) mają orbity progresywne. Uważa się, że cząstki w pierścieniu Phoebe Saturna mają orbitę wsteczną, ponieważ pochodzą z nieregularnego księżyca Phoebe .

Wszystkie satelity wsteczne doświadczają do pewnego stopnia spowolnienia pływowego . Jedynym satelitą w Układzie Słonecznym, dla którego ten efekt jest nie do pominięcia, jest księżyc Neptuna Tryton. Wszystkie inne satelity wsteczne znajdują się na odległych orbitach, a siły pływowe między nimi a planetą są znikome.

W sferze Hilla , obszar stabilności dla orbit wstecznych w dużej odległości od pierwotnej jest większy niż dla orbit postępowych. Sugerowano to jako wyjaśnienie dominacji wstecznych księżyców wokół Jowisza. Ponieważ Saturn ma bardziej równomierną mieszankę księżyców wstecznych i postępujących, przyczyny leżące u jego podstaw wydają się być bardziej złożone.

Z wyjątkiem Hyperiona , wszystkie znane regularne naturalne satelity planetarne w Układzie Słonecznym są pływowo zablokowane względem swojej planety macierzystej , więc mają zerową rotację względem swojej planety macierzystej , ale mają ten sam typ rotacji, co ich planeta macierzysta w stosunku do ich macierzystej planety. Słońce, ponieważ mają progresywne orbity wokół swojej planety macierzystej. Oznacza to, że wszystkie mają progresywną rotację względem Słońca, z wyjątkiem Urana.

W przypadku kolizji materia może zostać wyrzucona w dowolnym kierunku i połączyć się w księżyce postępujące lub wsteczne, co może mieć miejsce w przypadku księżyców planety karłowatej Haumea , chociaż kierunek obrotu Haumei nie jest znany.

Asteroidy

Asteroidy zwykle mają progresywną orbitę wokół Słońca. Znanych jest tylko kilkadziesiąt asteroid na orbitach wstecznych .

Niektóre asteroidy o orbitach wstecznych mogą być wypalonymi kometami, ale niektóre mogą uzyskać swoją orbitę wsteczną z powodu oddziaływań grawitacyjnych z Jowiszem .

Ze względu na ich niewielkie rozmiary i dużą odległość od Ziemi, teleskopowa analiza rotacji większości asteroid jest trudna . Od 2012 roku dostępne są dane dla mniej niż 200 planetoid, a różne metody określania orientacji biegunów często powodują duże rozbieżności. Katalog wektorów spinu asteroidy w Obserwatorium Poznańskim unika używania określeń „rotacja wsteczna” lub „rotacja postępowa”, ponieważ zależy to od płaszczyzny odniesienia, a współrzędne asteroidy są zwykle podawane w odniesieniu do płaszczyzny ekliptyki, a nie płaszczyzny orbity asteroidy.

Asteroidy z satelitami, znane również jako asteroidy podwójne, stanowią około 15% wszystkich asteroid o średnicy mniejszej niż 10 km w pasie głównym i populacji bliskiej Ziemi i uważa się, że większość z nich powstaje w wyniku efektu YORP powodującego rotację asteroidy. szybko się rozpada. Od 2012 r., gdy obrót jest znany, wszystkie satelity asteroidy krążą wokół asteroidy w tym samym kierunku, w którym obraca się asteroida.

Większość znanych obiektów, które znajdują się w rezonansie orbitalnym, krążą w tym samym kierunku, co obiekty, z którymi znajdują się w rezonansie, jednak kilka asteroid wstecznych zostało znalezionych w rezonansie z Jowiszem i Saturnem .

Komety

Komety z obłoku Oorta znacznie częściej niż asteroidy ulegają retrogradacji. Kometa Halleya ma orbitę wsteczną wokół Słońca.

Przedmioty pasa Kuipera

Większość obiektów Pasa Kuipera ma progresywne orbity wokół Słońca. Pierwszym odkrytym obiektem Pasa Kuipera posiadającym orbitę wsteczną był 2008 KV 42 . Inne obiekty pasa Kuipera z orbitami wstecznymi to (471325) 2011 KT 19 , (342842) 2008 YB 3 , (468861) 2013 LU 28 i 2011 MM 4 . Wszystkie te orbity są mocno nachylone, z nachyleniem w zakresie 100–125°.

Meteoroidy

Meteoroidy na orbicie wstecznej wokół Słońca uderzają w Ziemię z większą prędkością względną niż meteoroidy postępujące i mają tendencję do spalania w atmosferze i częściej uderzają w stronę Ziemi odwróconą od Słońca (tj. w nocy), podczas gdy Prograde meteoroidy mają mniejszą prędkość zamykania i częściej lądują jako meteoryty i mają tendencję do uderzania w zwróconą do Słońca stronę Ziemi. Większość meteoroidów jest progradowana.

Słońce

Ruch Słońca wokół środka masy Układu Słonecznego komplikują perturbacje planet. Co kilkaset lat ruch ten przełącza się między postępem a wstecznością.

Atmosfery planetarne

Ruch wsteczny lub regres w ciągu atmosferze ziemskiej jest postrzegane w systemach pogodowych, których ruch jest przeciwny ogólnym kierunku regionalnego przepływu powietrza, czyli ze wschodu na zachód przed westerlies lub z zachodu na wschód przez pasat easterlies. Prograde ruch względem obrotów planetarnego jest widoczne w atmosferze super-rotacji w termosferze Ziemi i w górnej troposferze z Wenus . Symulacje wskazują, że atmosfera Plutona powinna być zdominowana przez wiatry wsteczne do jego rotacji.

Sztuczne satelity

Sztuczne satelity przeznaczone na orbity o niskim nachyleniu są zwykle wystrzeliwane w kierunku stopniowym, ponieważ minimalizuje to ilość paliwa potrzebnego do wejścia na orbitę dzięki wykorzystaniu obrotu Ziemi (do tego celu optymalne jest miejsce na orbitę równikową). Jednak izraelskie satelity Ofeq są wystrzeliwane w kierunku zachodnim, wstecznym nad Morzem Śródziemnym, aby zapewnić, że szczątki wystrzelenia nie spadną na zaludnione obszary lądowe.

Egzoplanety

Gwiazdy i układy planetarne zwykle rodzą się w gromadach gwiazd, a nie tworzą się w odosobnieniu. Dyski protoplanetarne mogą zderzać się lub wykradać materię z obłoków molekularnych w gromadzie, co może prowadzić do tego, że dyski i wynikające z nich planety będą miały nachylone lub wsteczne orbity wokół swoich gwiazd. Ruch wsteczny może również wynikać z oddziaływań grawitacyjnych z innymi ciałami niebieskimi w tym samym układzie (patrz mechanizm Kozai ) lub bliskiej kolizji z inną planetą. pole magnetyczne gwiazdy i dysk formujący planety.

Dysk akrecji z protostar IRAS 16293-2422 ma części obracające się w przeciwnych kierunkach. Jest to pierwszy znany przykład przeciwbieżnego dysku akrecyjnego. Jeśli ten system utworzy planety, planety wewnętrzne prawdopodobnie będą krążyć w przeciwnym kierunku niż planety zewnętrzne.

WASP-17b była pierwszą egzoplanetą , którą odkryto, że krąży wokół swojej gwiazdy w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym obraca się gwiazda. Druga taka planeta została ogłoszona zaledwie dzień później: HAT-P-7b .

W jednym z badań ponad połowa wszystkich znanych gorących Jowiszów miała orbity, które były niewspółosiowe z osią obrotu ich gwiazd macierzystych, przy czym sześć miało orbity wsteczne.

Kilka ostatnich gigantycznych uderzeń podczas formowania się planet wydaje się być głównym wyznacznikiem szybkości rotacji ziemskiej planety . Podczas gigantycznego etapu zderzenia grubość dysku protoplanetarnego jest znacznie większa niż rozmiar zarodków planetarnych, więc kolizje są równie prawdopodobne z dowolnego kierunku w trzech wymiarach. Skutkuje to osiowym pochyleniem akreowanych planet w zakresie od 0 do 180 stopni w dowolnym kierunku tak samo prawdopodobnym jak w każdym innym, z równie prawdopodobnymi rotacjami postępowymi i wstecznymi. Dlatego też obrót progresywny z małym nachyleniem osi, wspólny dla planet typu ziemskiego Układu Słonecznego z wyjątkiem Wenus, nie jest powszechny dla planet typu ziemskiego w ogóle.

Galaktyczne orbity gwiazd

Układ gwiazd wydaje się utrwalony na niebie, jeśli chodzi o ludzkie widzenie; dzieje się tak, ponieważ ich ogromne odległości względem Ziemi powodują ruch niezauważalny gołym okiem. W rzeczywistości gwiazdy krążą wokół centrum swojej galaktyki.

Gwiazdy o orbicie wstecznej w stosunku do galaktyki dysk „s ogólnego obrotu są bardziej prawdopodobne, aby znaleźć się w galaktycznym halo niż w galaktycznego dysku . Mlecznej sposób zewnętrzna Halo „zawiera wiele kuliste skupiska o orbicie wstecznego oraz z wstecznym lub zero obrotu. Struktura aureoli to temat toczącej się debaty. Kilka badań twierdziło, że znaleziono aureolę składającą się z dwóch różnych składników. Badania te wykazały „podwójne” halo, z wewnętrznym, bardziej bogatym w metale, progresywnym składnikiem (tj. gwiazdy średnio krążą wokół galaktyki podczas rotacji dysku) oraz ubogim w metal, zewnętrznym składnikiem wstecznym (obracającym się w stosunku do dysku). . Jednak te odkrycia zostały zakwestionowane przez inne badania, argumentujące przeciwko takiej dwoistości. Badania te pokazują, że dane obserwacyjne można wyjaśnić bez dwoistości, stosując ulepszoną analizę statystyczną i uwzględniając niepewności pomiaru.

Uważa się, że pobliska Gwiazda Kapteyna zakończyła swoją orbitę wsteczną o wysokiej prędkości wokół galaktyki w wyniku wyrwania z galaktyki karłowatej, która połączyła się z Drogą Mleczną.

Galaktyki

Galaktyki satelitarne

Bliskie przeloty i łączenia galaktyk w gromadach galaktyk mogą wyciągać materię z galaktyk i tworzyć małe galaktyki satelitarne na orbitach progresywnych lub wstecznych wokół większych galaktyk.

Galaktyka o nazwie Complex H, która krążyła wokół Drogi Mlecznej w kierunku wstecznym w stosunku do rotacji Drogi Mlecznej, zderza się z Drogą Mleczną.

Wybrzuszenia przeciwbieżne

NGC 7331 jest przykładem galaktyki, która ma zgrubienie, które obraca się w przeciwnym kierunku do reszty dysku, prawdopodobnie w wyniku opadania materii.

Centralne czarne dziury

Centrum galaktyki spiralnej zawiera co najmniej jedną supermasywną czarną dziurę . Wsteczna czarna dziura – taka, której rotacja jest przeciwna do jej dysku – wyrzuca dżety znacznie silniejsze niż te z postępującej czarnej dziury, która może w ogóle nie mieć dżetu. Naukowcy stworzyli teoretyczne ramy powstawania i ewolucji wstecznych czarnych dziur w oparciu o przerwę między wewnętrzną krawędzią dysku akrecyjnego a czarną dziurą.

Zobacz też

Przypisy

Bibliografia

Dalsze czytanie