Plimovanje (plimska zaklenitev): sinhrono vrtenje astronomskih teles

Plimovanje (sinhrono vrtenje): razlaga, zakaj ena stran Lun in satelitov vedno gleda proti partnerju, vzroki, primeri (Luna, Pluton–Charon) in vpliv na orbite ter geologijo.

Plimovanje (ali ujeto vrtenje) je pojav, ko je ena stran astronomskega telesa stalno obrnjena proti drugemu telesu. Imenuje se tudi sinhrono vrtenje. Klasičen primer je Luna: vedno ista stran Lune je obrnjena proti Zemlji.

Kako nastane

Mehanizem plimovanja izvira iz neenakomerne gravitacijske sile, ki jo večje telo (npr. planeta) izvaja na manjše (npr. satelit). Ta sila povzroči plimske izbočine (plimne bulge) na manjšem telesu. Če se telo vrti hitreje kot traja njegova orbita, izbočina ne kaže točno proti partnerju, temveč je nekoliko zamaknjena. Gravitacijski zakon med izbočino in partnerjem ustvarja navor, ki zavira rotacijo telesa in prenaša kotni moment v orbito. Pri tem se del rotacijske energije pretvori v toploto v notranjosti telesa.

Časovna lestvica in dejavniki

Koliko časa traja prehod v stanje plimske zaklenitve, je odvisno od več dejavnikov in je pogosto ocenjen le približno. Med najpomembnejšimi so:

• oddaljenost med telesoma — plimska moč hitro pada z razdaljo, zato bližnja telesa zakleneta hitreje;
• mase obeh teles — večja masa partnerja povzroči močnejše plimske sile;
• velikost in notranja struktura — togost, fluidnost in zmožnost notranjega trenja določajo, kako učinkovito se rotacijska energija pretvori v toploto;
• tako imenovani faktor disipacije (Q) in Loveov parameter (k2) — kvantificirata, kako telo izgublja energijo zaradi plimnih deformacij;
• ekscentričnost orbite — pri ekscentričnih orbitah je lahko rezultat 3:2 ali drugačne spin–orbit resonančne ujemanja (npr. Merkur), ne nujno popolne sinhronizacije.

Splošno velja, da manjša telesa, ki so bližje svojim partnerjem, postanejo plimsko zaklenjena hitreje. Plimne sile lahko tudi povzročijo ogrevanje notranjosti (plimno ogrevanje); primer tega je vulkanska aktivnost pri Jupiterjevem satelitu Io.

Primeri

Pogost primer je že omenjena Luna, ki je plimsko zaklenjena s Zemljo. Pri tem se ne vrti popolnoma neodvisno — zaradi rahlih nihanj (libracij) vidimo z Zemlje malo več kot polovico lunine površine skozi čas.

V nekaterih primerih sta si oba člena sistema medsebojno plimsko zaklenjena; tak primer sta Pluton in Charon, kjer sta evidentno oba stalno obrnjena drug proti drugemu.

Obstajajo tudi izjemni primeri: Orbitalne resonance in ekscentrične orbite lahko povzročijo, da telo pristane v drugih resonancah (na primer Merkur je v 3:2 spin–orbit resonanci glede na Sonce), namesto v popolni sinhroni rotaciji.

Posledice in pomene

Plimska zaklenjenost ima več vidnih posledic:

• Na plimsko zaklenjenih telesih ena polovica dobi skoraj stalni dan, druga pa stalno noč — to vpliva na površinsko temperaturo in podnebje (pomembno pri razmišljanju o nastanitvenih razmerah na planetih okoli rdečih pritlikavk).
• Tekoča notranjost in trenje zaradi plimnega gnetenja lahko povzročata geološko aktivnost in ogrevanje (npr. Io, Evropa).
• V dolgoročnem merilu prenos kotnega momenta spreminja orbite; znan primer je oddaljevanje Lune od Zemlje, saj Zemljina vrtenja zaviranje dviguje lunino orbito.

Pomembne opombe

Plimovanje je kompleksen proces, ki vključuje dinamiko rotacije, notranjo fiziko telesa in spremembe orbite. Zato so ocene časa za plimsko blokado pogosto grobe. Kljub temu je pojav ključnega pomena za razumevanje evolucije satelitov, planetov in razmer, ki določajo njihovo geologijo in morebitno poseljenost.

Libracija

Libracija je nihajno gibanje krožečih teles glede na drugo. Primeri so gibanje Lune glede na Zemljo ali trojanskih asteroidov glede na planete.

Zaradi plimovanja je ena polobla običajno obrnjena proti Zemlji. Zato je bil naš prvi pogled na oddaljeno stran Lune pridobljen z raziskovanjem Lune v šestdesetih letih 20. stoletja.

Vendar je ta preprosta slika le približno resnična: sčasoma je zaradi libracije z Zemlje vidna nekaj več kot polovica (približno 59 %) Lunine površine.

Libracija je počasno nihanje Lune, gledano z Zemlje, ki omogoča, da opazovalec ob različnih časih vidi nekoliko drugačne polovice njenega površja.

Simulirani pogledi na Luno v enem mesecu s prikazom liberacij na zemljepisni širini in dolžini

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je plimovanje?

V: Kateri je klasični primer plimovanja?

V: Ali se telo, ki je plimsko zaklenjeno, vrti enako dolgo, kot se vrti okoli svojega partnerja?

V: Ali pride do plimske blokade med telesi s podobno maso in majhnimi razdaljami?

V: Kaj bi se zgodilo z Luno, če bi se nehala vrteti?

V: Ali je mogoče ugotoviti, koliko časa je potrebno, da pride do plimovanja?

V: Ali je plimovanje povezano z orbitalno resonanco?

Išči po črki