Pöördumislukustus (sünkroonne pöörlemine) — tähendus, põhjused ja näited

Avasta pöördumislukustus (sünkroonne pöörlemine): tähendus, tekkepõhjused, näited (Kuu, Pluuto–Charon), arvutused ja tegurid selgelt ja arusaadavalt.

Pöördumislukustus (või kinnipeetud pöörlemine) tähendab olukorda, kus astronoomilise keha üks külg on alati suunatud partnerkeha poole. Seda nimetatakse ka sünkroonseks pöörlemiseks. Klassikaline näide on Kuu: Kuu üks ja sama külg on alati Maa poole suunatud ning Kuu pöörlemisperiood ümber oma telje on sama kui tema orbiidiperiood ümber Maa.

Põhjus ja mehhanism

Pöördumislukustus tekib loodetegurite (tidejõudude) mõjul. Kui kaks keha tõmbuvad gravitatsiooniliselt, tekivad nende kujul ja sees pinged ning moondumised, mis omakorda tekitavad Newtoni jõudude kõrval pöördemomente. Need loodemomendid tasapisi aeglustavad pöörlemist või kiirendavad seda, kuni saavutatakse seisund, kus keha pöörlemisperiood võrdub orbiidiperioodiga. Sellesse protsessi võivad kaasa rääkida ka hõõrdumine, sisemine soojusülekanne ja kehamassi jaotumine.

Täheldatud näited

• Kuu — klassikaline sünkroonse pöörlemise näide Maa ümber.
• Pluuto ja Charon — olukord, kus mõlemad keha on tiidilukustatud teineteise suhtes; nad näevad üksteist alati samalt küljelt.
• Paljud suurte planeetide kuu­d (näiteks Jupiteri ja Saturni kuud) on samuti tiidiliselt lukustatud oma emakehade suhtes.
• Mõned eksoplaneetide tüübid (eriti tihedalt tähe lähedal tiirlevad "kuumad Jupiterid" ja punaste kääbuste elamismõõtmetes asuvad planeedid) eeldatavasti on tiidiliselt lukustatud, mis mõjutab nende kliimat ja atmosfääriringlust.

Mida tähendab lukustus pinna‑ ja kliimatingimustele?

Kui planeet on tiidiliselt lukustatud, on tema ühel pool püsiv päev (pidev päikesevalgus) ja teisel pool püsiv öö (pidev pimedus). Sellest võib tekkida:

• suured temperatuuri diferentsid päevapoolse ja ööpoolse vahel;
• tuule‑ ja atmosfääriringluse spetsiifilised mustrid (näiteks tugevad suunatud tuuled päevapooltelt üleminekualale ehk terminatorile);
• potentsiaalne kondenseerumine atmosfääri pimedal küljel (gaasid külmuvad välja);
• loodeenergia tõttu tekkiv sisemine kuumenemine (tuntud näiteks Joonelt ja Io puhul), mis võib mõjutada geoloogilist aktiivsust.

Kui kaua lukustumine võtab?

Tiidilise lukustumise ajaskaala sõltub paljudest teguritest: kehade massist ja raadiust, omavahelisest kaugusest, pöörlemise algkiirusest ning keha sisemisest viskoossusest ja deformatsioonivõimest. Teoreetiliselt saab selle ajaskaala hinnata, kuid tulemus on sageli ligikaudne, sest parameetrid nagu tõmbejõu dissipatsiooni faktor (Q) ja Love’i arv (k2) on halvasti teada. Üldiselt:

• väiksemad, kergemad keha­d ja lähemal paiknevad parterid lukustuvad kiiremini;
• suurte kauguste ja jäikade keha­de puhul võib lukustumine võtta väga kaua (miliardeid aastaid);
• planeedid tihedalt tähe lähedal (näiteks punaste kääbuste süsteemis) võivad lock’uda väga kiiresti — tõenäoliselt enne süstemaatilist jahenemist või star evolutioni.

Arvutuslik selgitus (lihtsustatult)

Pöördumislukustumise ligikaudne ajaskaala suureneb väga tugevalt kauguse kuue astme funktsiooniga ja sõltub pöörlemise algsest nurkkiirusest, keha inertsist ja dissipatsiooniparameetritest. Täpsemates mudelites kasutatakse parameetreid nagu Q (tõmbe dissipatsiooni faktor) ja k2 (Love’i arv), mis kirjeldavad, kuidas keha sisemised protsessid energiat neelavad ja kuidas keha deformeerub.

Erandid ja seotud nähtused

• Spin‑orbitaalne resonants: mitte kõik kehad ei lõpe 1:1 sünkroonse pöörlemisega. Näiteks satelliit Mercury on 3:2 resonantsis — ta pöörleb kolm korda iga kahe orbiidi kohta, seetõttu ei ole ta täielikult tiidiliselt lukustatud.
• Mutuaalne lukustus: kui kahe keha massid on sarnased ja kaugus väike, võivad loodete jõud lukustada mõlemad kehad teineteise suhtes (nt Pluuto ja Charon).
• Tidally heated (loodetes kuumenemine): jõud, mis tekivad pideva deformatsiooni tõttu, võivad tekitada sise­kuumust ja geoloogilist aktiivsust (näiteks Io vulkaaniline aktiivsus Joonel).
• Cassini seisundid: keerukamad dünaamilised konfiguratsioonid, kus telje orientatsioon ja kiirendus võivad viia muudele stabiilsetele kallakutele ning mõjutada suhtelist pöörlemist.

Kuidas seda vaatleme ja kinnitame?

Astronoomid tuvastavad tiidilise lukustuse mitmel viisil: otsene spektraalne ja fotomeetriline jälgimine, orbiidist ja valgusmustrist saadud faasikõverad, radarvaatlused (näiteks Kuu ja planeedid) ning eksoplaneetide puhul faasikäitumise ja infrapunasignaali analüüs. Lukustus avaldub pideva sama pinna kuvandina või kindla faasimustrina valguskurvides.

Üldiselt on pöördumislukustus tavaline lõpptulemus lähedaste ja suhteliselt väikeste sattelite või planeetide pikaajalisel dünaamilisel evolutsioonil. See mõjutab tugevalt keha pinnatingimusi, atmosfääri ja potentsiaalset eluvõimalust, mida arvestatakse nii Päikesesüsteemi uurimisel kui ka eksoplaneetide habitabiilsuse hindamisel.

Libratsioon

Libratsioon on orbiidil olevate kehade võnkuv liikumine üksteise suhtes. Näiteks Kuu liikumine Maa suhtes või Trooja asteroidide liikumine planeetide suhtes.

Kuu poolkera on loodete tõttu üldiselt Maa poole suunatud. Seetõttu on meie esimene vaade Kuu kaugele küljele tekkinud 1960. aastate Kuu-uuringute käigus.

See lihtne pilt on siiski ainult ligikaudselt tõene: aja jooksul on Maalt vaadatuna libratsiooni tõttu näha veidi rohkem kui pool (umbes 59%) Kuu pinnast.

Libratsioon on Maa pealt vaadatuna Kuu aeglane edasi-tagasi kiikumine, mis võimaldab vaatlejal näha eri aegadel veidi erinevaid pinnapoolikuid.

Kuu simuleeritud vaated ühe kuu jooksul, näidates libratsioone laius- ja pikkuskraadidel

Küsimused ja vastused

K: Mis on loodete lukustamine?

K: Mis on klassikaline näide loodete lukustumisest?

K: Kas loodete lukustunud kehal kulub sama kaua aega, kui ta pöörleb ümber oma partneri?

K: Kas loodete lukustumine toimub sarnase massiga ja väikese vahemaaga kehade vahel?

K: Mis juhtuks Kuuga, kui see lõpetaks pöörlemise?

K: Kas on võimalik välja arvutada, kui kaua kulub konkreetse loodete lukustumise juhtumi tekkimiseks?

K: Kas loodete lukustumine on seotud orbitaalresonantsiga?

Otsing