Ретроградное движение в астрономии — это, в общем, орбитальное или вращательное движение объекта в направлении, противоположном вращению его основного , то есть центрального объекта (правый рисунок). Оно также может описывать другие движения, такие как прецессия или нутация оси вращения объекта . Прямое или прямое движение — это более нормальное движение в том же направлении, в котором вращается основной объект. Однако «ретроградный» и «проградный» могут также относиться к объекту, отличному от основного, если так описано. Направление вращения определяется инерциальной системой отсчета , такой как далекие неподвижные звезды .
В Солнечной системе орбиты всех планет и большинства других объектов вокруг Солнца , за исключением многих комет , являются прямыми. Они вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг своей оси, что против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса Солнца. За исключением Венеры и Урана , вращения планет вокруг своей оси также являются прямыми. Большинство естественных спутников имеют прямые орбиты вокруг своих планет. Прямые спутники Урана вращаются в направлении вращения Урана, которое является ретроградным к Солнцу. Почти все регулярные спутники приливно заблокированы и , таким образом, имеют прямое вращение. Ретроградные спутники, как правило, малы и далеки от своих планет, за исключением спутника Нептуна Тритона , который большой и близкий. Считается, что все ретроградные спутники образовались отдельно до того, как были захвачены своими планетами.
Большинство искусственных спутников Земли с малым наклонением выведены на прямую орбиту, поскольку в этом случае для достижения орбиты требуется меньше топлива.
Когда формируется галактика или планетная система , ее материал принимает форму, похожую на форму диска. Большая часть материала вращается и вращается в одном направлении. Эта однородность движения обусловлена коллапсом газового облака. [1] Природа коллапса объясняется сохранением углового момента . В 2010 году открытие нескольких горячих юпитеров с обратными орбитами поставило под сомнение теории об образовании планетных систем. [2] Это можно объяснить, заметив, что звезды и их планеты формируются не изолированно, а в звездных скоплениях , содержащих молекулярные облака . Когда протопланетный диск сталкивается с облаком или крадет у него материал, это может привести к ретроградному движению диска и образующихся планет. [3] [4]
Наклон небесного объекта указывает, является ли орбита объекта прямой или ретроградной. Наклон небесного объекта - это угол между его орбитальной плоскостью и другой системой отсчета, такой как экваториальная плоскость первичной звезды объекта. В Солнечной системе наклонение планет измеряется от плоскости эклиптики , которая является плоскостью орбиты Земли вокруг Солнца . [5] Наклонение лун измеряется от экватора планеты , вокруг которой они вращаются. Объект с наклоном от 0 до 90 градусов вращается или вращается в том же направлении, что и первичная звезда. Объект с наклоном точно в 90 градусов имеет перпендикулярную орбиту, которая не является ни прямой, ни ретроградной. Объект с наклоном от 90 до 180 градусов находится на ретроградной орбите.
Осевой наклон небесного объекта указывает, является ли вращение объекта прямым или обратным. Осевой наклон — это угол между осью вращения объекта и линией, перпендикулярной его орбитальной плоскости, проходящей через центр объекта. Объект с осевым наклоном до 90 градусов вращается в том же направлении, что и его основная планета. Объект с осевым наклоном ровно в 90 градусов имеет перпендикулярное вращение, которое не является ни прямым, ни обратным. Объект с осевым наклоном от 90 градусов до 180 градусов вращается в направлении, противоположном его орбитальному направлению. Независимо от наклона или осевого наклона, северный полюс любой планеты или луны в Солнечной системе определяется как полюс, который находится в том же небесном полушарии, что и северный полюс Земли.
Все восемь планет Солнечной системы вращаются вокруг Солнца в направлении вращения Солнца, которое против часовой стрелки, если смотреть сверху на северный полюс Солнца . Шесть планет также вращаются вокруг своей оси в этом же направлении. Исключениями являются планеты с ретроградным вращением — Венера и Уран . Наклон оси Венеры составляет 177°, что означает, что она вращается почти точно в противоположном направлении своей орбите. У Урана наклон оси составляет 97,77°, поэтому его ось вращения приблизительно параллельна плоскости Солнечной системы.
Причина необычного наклона оси Урана точно неизвестна, но обычно предполагается, что он был вызван столкновением с протопланетой размером с Землю во время формирования Солнечной системы. [6]
Маловероятно, что Венера была сформирована с ее нынешним медленным ретроградным вращением, которое занимает 243 дня. Венера, вероятно, началась с быстрого прямого вращения с периодом в несколько часов, как и большинство планет в Солнечной системе. Венера достаточно близка к Солнцу, чтобы испытывать значительную гравитационную приливную диссипацию , а также имеет достаточно толстую атмосферу , чтобы создавать термически обусловленные атмосферные приливы , которые создают ретроградный крутящий момент . Текущее медленное ретроградное вращение Венеры находится в равновесии между гравитационными приливами, пытающимися приливно зафиксировать Венеру на Солнце, и атмосферными приливами, пытающимися вращать Венеру в ретроградном направлении. В дополнение к поддержанию этого современного равновесия, приливы также достаточны для объяснения эволюции вращения Венеры от изначального быстрого прямого направления к ее современному медленному ретроградному вращению. [7] В прошлом были предложены различные альтернативные гипотезы для объяснения ретроградного вращения Венеры, такие как столкновения или изначальное формирование таким образом. [a]
Несмотря на то, что Меркурий находится ближе к Солнцу, чем Венера, он не приливно заблокирован, поскольку вошел в резонанс спин-орбита 3:2 из -за эксцентриситета своей орбиты. Прямое вращение Меркурия достаточно медленное, так что из-за его эксцентриситета его угловая орбитальная скорость превышает угловую скорость вращения вблизи перигелия , в результате чего движение Солнца в небе Меркурия временно меняется на противоположное. [8] Вращение Земли и Марса также подвержено влиянию приливных сил с Солнцем, но они не достигли состояния равновесия, как Меркурий и Венера, поскольку они находятся дальше от Солнца, где приливные силы слабее. Газовые гиганты Солнечной системы слишком массивны и слишком далеки от Солнца, чтобы приливные силы могли замедлить их вращение. [7]
Все известные карликовые планеты и кандидаты в карликовые планеты имеют прямые орбиты вокруг Солнца, но некоторые имеют ретроградное вращение. У Плутона ретроградное вращение; его осевой наклон составляет приблизительно 120 градусов. [9] Плутон и его луна Харон приливно заблокированы друг с другом. Предполагается, что система спутников Плутона была создана в результате массивного столкновения . [10] [11]
Если он сформирован в гравитационном поле планеты во время ее формирования, то луна будет вращаться вокруг планеты в том же направлении, в котором вращается планета, и будет обычной луной . Если объект сформирован в другом месте и позже захвачен на орбиту гравитацией планеты, он может быть захвачен либо на ретроградную, либо на прямую орбиту в зависимости от того, приблизится ли он сначала к стороне планеты, которая вращается к нему или от него. Это неправильная луна . [12]
В Солнечной системе многие луны размером с астероид имеют ретроградные орбиты, тогда как все крупные луны, за исключением Тритона (крупнейшей из лун Нептуна), имеют прямые орбиты. [13] Считается, что частицы в кольце Сатурна Феба имеют ретроградную орбиту, поскольку они происходят из неправильной луны Феба .
Все ретроградные спутники испытывают приливное замедление в той или иной степени. Единственный спутник в Солнечной системе, для которого этот эффект не является пренебрежимо малым, — это луна Нептуна Тритон. Все остальные ретроградные спутники находятся на далеких орбитах, и приливные силы между ними и планетой пренебрежимо малы.
В пределах сферы Хилла область стабильности для ретроградных орбит на большом расстоянии от первичной больше, чем для прямых орбит. Это было предложено в качестве объяснения преобладания ретроградных лун вокруг Юпитера. Однако, поскольку у Сатурна более равномерная смесь ретроградных/прямых лун, основные причины, по-видимому, более сложны. [14]
За исключением Гипериона , все известные регулярные естественные спутники планет в Солнечной системе приливно захвачены своей планетой-хозяином, поэтому у них нулевое вращение относительно своей планеты-хозяина, но тот же тип вращения, что и у их планеты-хозяина относительно Солнца, поскольку у них прямые орбиты вокруг своей планеты-хозяина. То есть, у всех них прямое вращение относительно Солнца, за исключением Урана.
Если произойдет столкновение, материал может быть выброшен в любом направлении и объединиться в прямые или ретроградные луны, что может иметь место в случае лун карликовой планеты Хаумеа , хотя направление вращения Хаумеа неизвестно. [15]
Астероиды обычно имеют прямую орбиту вокруг Солнца . Известно всего несколько десятков астероидов с ретроградными орбитами .
Некоторые астероиды с ретроградными орбитами могут быть выгоревшими кометами, [16] но некоторые могут приобрести ретроградную орбиту из-за гравитационного взаимодействия с Юпитером . [17]
Из-за их малого размера и большого расстояния от Земли телескопически сложно анализировать вращение большинства астероидов. По состоянию на 2012 год данные доступны менее чем для 200 астероидов, и различные методы определения ориентации полюсов часто приводят к большим расхождениям. [18] Каталог векторов спина астероидов в Познаньской обсерватории [19] избегает использования фраз «ретроградное вращение» или «прямое вращение», поскольку это зависит от того, какая плоскость отсчета подразумевается, а координаты астероида обычно даются относительно плоскости эклиптики, а не плоскости орбиты астероида. [20]
Астероиды со спутниками, также известные как двойные астероиды, составляют около 15% всех астероидов диаметром менее 10 км в главном поясе и околоземной популяции, и большинство из них, как полагают, образованы эффектом YORP , заставляющим астероид вращаться так быстро, что он распадается. [21] По состоянию на 2012 год, и там, где вращение известно, все спутники астероидов вращаются вокруг астероида в том же направлении, что и астероид. [22]
Большинство известных объектов, находящихся в орбитальном резонансе, вращаются в том же направлении, что и объекты, с которыми они находятся в резонансе, однако было обнаружено несколько ретроградных астероидов, находящихся в резонансе с Юпитером и Сатурном . [23]
Кометы из облака Оорта имеют гораздо больше шансов быть ретроградными, чем астероиды. [16] Комета Галлея имеет ретроградную орбиту вокруг Солнца. [24]
Большинство объектов пояса Койпера имеют прямые орбиты вокруг Солнца. Первым объектом пояса Койпера, у которого была обнаружена ретроградная орбита, был 2008 KV 42 . [25] Другими объектами пояса Койпера с ретроградными орбитами являются (471325) 2011 KT 19 , [26] (342842) 2008 YB 3 , (468861) 2013 LU 28 и 2011 MM 4 . [27] Все эти орбиты сильно наклонены, с наклонениями в диапазоне 100°–125°.
Метеороиды на ретроградной орбите вокруг Солнца поражают Землю с более высокой относительной скоростью, чем прямые метеороиды, и, как правило, сгорают в атмосфере и с большей вероятностью поражают сторону Земли, обращенную от Солнца (т. е. ночью), тогда как прямые метеороиды имеют более медленную скорость сближения и чаще приземляются в виде метеоритов и, как правило, поражают сторону Земли, обращенную к Солнцу. Большинство метеороидов являются прямыми. [28]
Движение Солнца вокруг центра масс Солнечной системы осложняется возмущениями от планет. Каждые несколько сотен лет это движение переключается с прямого на ретроградное. [29]
Ретроградное движение, или ретроградность, в атмосфере Земли наблюдается в погодных системах, движение которых противоположно общему региональному направлению воздушного потока, т. е. с востока на запад против западных ветров или с запада на восток через восточные пассаты. Прямое движение относительно планетарного вращения наблюдается в атмосферном супервращении термосферы Земли и в верхней тропосфере Венеры . Моделирование показывает , что в атмосфере Плутона должны преобладать ветры, ретроградные к его вращению. [30]
Искусственные спутники, предназначенные для орбит с низким наклоном, обычно запускаются в прямом направлении, поскольку это минимизирует количество топлива, необходимое для достижения орбиты, используя вращение Земли (экваториальная стартовая площадка является оптимальной для этого эффекта). Однако израильские спутники Ofeq запускаются в западном, ретроградном направлении над Средиземным морем, чтобы гарантировать, что обломки запуска не упадут на населенные районы суши.
Звезды и планетные системы, как правило, рождаются в звездных скоплениях , а не формируются в изоляции. Протопланетные диски могут сталкиваться с молекулярными облаками внутри скопления или красть у них материал, и это может привести к тому, что диски и их планеты будут иметь наклонные или ретроградные орбиты вокруг своих звезд. [3] [4] Ретроградное движение может также быть результатом гравитационного взаимодействия с другими небесными телами в той же системе (см. Механизм Козаи ) или почти столкновения с другой планетой, [1] или может быть, что сама звезда перевернулась на ранней стадии формирования своей системы из-за взаимодействия между магнитным полем звезды и диском, формирующим планету. [31] [32]
Аккреционный диск протозвезды IRAS 16293-2422 имеет части, вращающиеся в противоположных направлениях. Это первый известный пример аккреционного диска, вращающегося в противоположных направлениях. Если эта система образует планеты, внутренние планеты, вероятно, будут вращаться в противоположном направлении по отношению к внешним планетам. [33]
WASP-17b была первой экзопланетой , которая, как было обнаружено, вращается вокруг своей звезды в направлении, противоположном направлению вращения звезды. [34] Вторая такая планета была объявлена всего на день позже: HAT-P-7b . [35]
В одном исследовании более половины всех известных горячих юпитеров имели орбиты, которые были не совмещены с осью вращения их родительских звезд, а у шести из них орбиты были обращены назад. [2] Одно из предложенных объяснений заключается в том, что горячие юпитеры имеют тенденцию формироваться в плотных скоплениях, где возмущения более распространены и возможен гравитационный захват планет соседними звездами. [36]
Последние несколько гигантских столкновений во время формирования планет, как правило, являются основным фактором, определяющим скорость вращения земной планеты . Во время стадии гигантского столкновения толщина протопланетного диска намного больше размера планетарных эмбрионов, поэтому столкновения с равной вероятностью могут происходить с любого направления в трех измерениях. Это приводит к осевому наклону аккрецированных планет в диапазоне от 0 до 180 градусов, причем любое направление столь же вероятно, как и любое другое, причем как прямое, так и ретроградное вращение одинаково вероятно. Поэтому прямое вращение с небольшим осевым наклоном, обычное для земных планет Солнечной системы, за исключением Венеры, не является обычным для земных планет в целом. [37]
Рисунок звезд на небе кажется фиксированным, насколько это касается человеческого зрения; это происходит потому, что их огромные расстояния относительно Земли приводят к движению, незаметному невооруженным глазом. В действительности звезды вращаются вокруг центра своей галактики.
Звезды с ретроградной орбитой относительно общего вращения дисковой галактики с большей вероятностью будут обнаружены в галактическом гало, чем в галактическом диске . Внешнее гало Млечного Пути имеет много шаровых скоплений с ретроградной орбитой [38] и с ретроградным или нулевым вращением. [39] Структура гало является темой продолжающихся дебатов. Несколько исследований заявили, что обнаружили гало, состоящее из двух отдельных компонентов. [40] [41] [42] Эти исследования обнаружили «двойное» гало с внутренним, более богатым металлами, прямым компонентом (т. е. звезды вращаются вокруг галактики в среднем с вращением диска), и бедным металлами, внешним, ретроградным (вращающимся против диска) компонентом. Однако эти результаты были оспорены другими исследованиями, [43] [44] выступающими против такой дуальности. Эти исследования показывают, что данные наблюдений можно объяснить без дуальности, при использовании улучшенного статистического анализа и учета неопределенностей измерений.
Предполагается, что близлежащая звезда Каптейна оказалась на своей высокоскоростной ретроградной орбите вокруг галактики в результате того, что ее оторвали от карликовой галактики , которая слилась с Млечным Путем. [45]
Близкие пролеты и слияния галактик в скоплениях галактик могут вытягивать материал из галактик и создавать небольшие галактики-спутники, вращающиеся либо по прямым, либо по обратным орбитам вокруг более крупных галактик. [46]
Галактика под названием Complex H, которая вращалась вокруг Млечного Пути в ретроградном направлении относительно вращения Млечного Пути, сталкивается с Млечным Путем. [47] [48]
NGC 7331 является примером галактики, у которой есть выпуклость, вращающаяся в противоположном направлении по отношению к остальной части диска, вероятно, в результате падения материала. [49]
В центре спиральной галактики находится по крайней мере одна сверхмассивная черная дыра . [50] Ретроградная черная дыра — та, чье вращение противоположно вращению ее диска — выбрасывает струи, намного более мощные, чем струи прямой черной дыры, у которой может вообще не быть струи. Ученые разработали теоретическую основу для формирования и эволюции ретроградных черных дыр, основанную на зазоре между внутренним краем аккреционного диска и черной дырой. [51] [52] [53]