Ретроградное движение в астрономии — это, вообще, орбитальное или вращательное движение объекта в направлении, противоположном вращению его первичного , то есть центрального объекта (правый рисунок). Он также может описывать другие движения, такие как прецессия или нутация оси вращения объекта . Поступательное или прямое движение — это более нормальное движение в том же направлении, в котором вращается первичная обмотка. Однако «ретроградный» и «проградный» также могут относиться к объекту, отличному от основного, если так описано. Направление вращения определяется инерциальной системой отсчета , например далекими неподвижными звездами .
В Солнечной системе орбиты вокруг Солнца всех планет и большинства других объектов, за исключением многих комет , прямые. Они вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором Солнце вращается вокруг своей оси, то есть против часовой стрелки , если смотреть сверху на северный полюс Солнца. За исключением Венеры и Урана , вращение планет вокруг своей оси также прямое. Большинство естественных спутников имеют прямые орбиты вокруг своих планет. Подвижные спутники Урана вращаются в направлении вращения Урана, ретроградном по отношению к Солнцу. Почти все обычные спутники приливно -приливно-зависимы и, следовательно, имеют прямое вращение. Ретроградные спутники, как правило, маленькие и далеки от своих планет, за исключением спутника Нептуна Тритона , который большой и близкий. Считается, что все ретроградные спутники сформировались отдельно, прежде чем были захвачены своими планетами.
Большинство искусственных спутников Земли с малым наклонением выведены на прямую орбиту, поскольку в этой ситуации для выхода на орбиту требуется меньше топлива.
Когда формируется галактика или планетная система , ее материал принимает форму, подобную форме диска. Большая часть материала движется по орбитам и вращается в одном направлении. Такая равномерность 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 формирования 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 материал из него, это может привести к ретроградному движению диска и возникающих в результате 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, например экваториальной плоскостью основной системы объекта. В Солнечной системе наклонение планет измеряется от плоскости эклиптики , которая является плоскостью орбиты Земли вокруг Солнца . [5] Наклон спутников измеряется от экватора планеты, вокруг которой они вращаются. Объект с наклоном от 0 до 90 градусов вращается по орбите или вращается в том же направлении, что и основной объект. Объект с наклоном ровно 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 ретроградным. 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 основной. Объект с осевым наклоном ровно 90 градусов имеет перпендикулярное вращение, которое не является ни прямым, ни ретроградным. Объект с осевым наклоном от 90 до 180 градусов вращается в направлении, противоположном направлению своей орбиты. Независимо от наклона или наклона оси, северный полюс любой планеты или луны Солнечной системы 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, то есть против часовой стрелки , если смотреть сверху на северный полюс Солнца . Шесть планет также вращаются вокруг своей оси в том же направлении. Исключение – планеты с ретроградным вращением – Венера и Уран . Наклон оси Венеры составляет 177°, что означает, что она вращается почти точно в направлении, противоположном своей орбите. Уран имеет осевой наклон 97,77°, поэтому его ось вращения примерно параллельна плоскости Солнечной системы.
Причина необычного наклона оси Урана точно не известна, но обычно предполагают, что он был вызван столкновением с протопланетой размером с Землю во время формирования Солнечной системы. [6]
Маловероятно, что Венера образовалась 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 Солнечной системы. Венера находится достаточно близко к Солнцу, чтобы испытывать значительную гравитационную приливную диссипацию , а также имеет достаточно плотную атмосферу , чтобы создавать атмосферные приливы , вызываемые температурой , которые создают ретроградный крутящий момент . Нынешнее медленное ретроградное вращение Венеры находится в равновесном балансе между гравитационными приливами, пытающимися привязать Венеру к Солнцу, и атмосферными приливами, пытающимися повернуть Венеру в ретроградном направлении. Помимо поддержания нынешнего равновесия, приливов также достаточно, чтобы объяснить эволюцию 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, например, столкновения или ее первоначальное формирование таким образом. [а]
Несмотря на то, что Меркурий находится ближе к Солнцу, чем Венера, он не заблокирован приливно-отливным механизмом, поскольку из-за эксцентриситета своей орбиты он вошел в спин-орбитальный резонанс 3:2 . Прямое вращение Меркурия настолько медленное, что из-за его эксцентриситета его угловая орбитальная скорость превышает угловую скорость вращения вблизи перигелия , что приводит к временному изменению направления движения Солнца на небе Меркурия. [8] На вращение Земли и Марса также влияют приливные силы с Солнцем, но они не достигли состояния равновесия, как Меркурий и Венера, потому что 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. Плутон имеет ретроградное вращение; его осевой наклон составляет примерно 120 градусов. [9] Плутон и его спутник Харон приливно привязаны друг к другу. Предполагается, что спутниковая система Плутона возникла в результате массивного столкновения . [10] [11]
Если луна образуется в гравитационном поле планеты во время формирования планеты, она будет вращаться вокруг планеты в том же направлении, в котором вращается планета, и является обычной луной . Если объект формируется где-то в другом месте, а затем захвачен на орбиту гравитацией планеты, он может быть захвачен либо на ретроградную, либо на поступательную орбиту в зависимости от того, приближается ли он первым к той стороне планеты, которая вращается к ней или от нее. Это неправильная луна . [12]
В Солнечной системе многие спутники размером с астероид имеют ретроградные орбиты, тогда как все большие спутники, за исключением Тритона (самого большого из спутников Нептуна), имеют прямые орбиты. [13] Считается, что частицы в кольце Фиби Сатурна имеют ретроградную орбиту, поскольку они происходят от неправильной луны Фебы .
Все ретроградные спутники в той или иной степени испытывают приливное замедление . Единственный спутник в Солнечной системе, для которого этот эффект незначителен, — это спутник Нептуна Тритон. Все остальные ретроградные спутники находятся на далеких орбитах, и приливные силы между ними и планетой незначительны.
Внутри сферы Хилла область устойчивости ретроградных орбит на большом расстоянии от главной больше, чем для прямых орбит. Это было предложено как объяснение преобладания ретроградных спутников вокруг Юпитера. Однако, поскольку у Сатурна более равномерное сочетание ретроградных и поступательных лун, основные причины кажутся более сложными. [14]
За исключением Гипериона , все известные регулярные естественные спутники планет в Солнечной системе приливно привязаны к своей планете-хозяину, поэтому они имеют нулевое вращение относительно своей планеты-хозяина, но имеют тот же тип вращения, что и их планета-хозяин относительно планеты-хозяина. Солнца, потому что они имеют прямые орбиты вокруг своей родительской планеты. То есть все они имеют прямое вращение относительно Солнца, кроме Урана.
В случае столкновения материал может быть выброшен в любом направлении и объединиться в прямые или ретроградные спутники, что может иметь место со спутниками карликовой планеты Хаумеа , хотя направление вращения Хаумеа неизвестно. [15]
Астероиды обычно имеют прямую орбиту вокруг Солнца. Известно лишь несколько десятков астероидов, находящихся на ретроградных орбитах .
Некоторые астероиды с ретроградными орбитами могут быть сгоревшими кометами, [16] но некоторые могут приобрести свою ретроградную орбиту из-за гравитационного взаимодействия с Юпитером . [17]
Из-за их небольшого размера и большого расстояния от Земли телескопически проанализировать вращение большинства астероидов сложно . По состоянию на 2012 год доступны данные менее чем по 200 астероидам, и различные методы определения ориентации полюсов часто приводят к большим расхождениям. [18] Каталог векторов вращения астероидов в Познаньской обсерватории [19] избегает использования фраз «ретроградное вращение» или «поступательное вращение», поскольку это зависит от того, какая плоскость отсчета имеется в виду, а координаты астероидов обычно даются относительно плоскости эклиптики , а не относительно плоскости эклиптики. Плоскость орбиты астероида. [20]
Астероиды со спутниками, также известные как бинарные астероиды, составляют около 15% всех астероидов диаметром менее 10 км в главном поясе и околоземной популяции, и считается, что большинство из них образовались в результате эффекта YORP , заставляющего астероид вращаться так быстро, что он распадается. [21] По состоянию на 2012 год, где вращение известно, все спутники астероидов вращаются вокруг астероида в том же направлении, в котором вращается 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 гораздо чаще, чем астероиды, будут ретроградными. [16] Комета Галлея движется по ретроградной орбите вокруг Солнца. [24]
Большинство объектов пояса Койпера имеют прямые орбиты вокруг Солнца. Первым объектом пояса Койпера, имеющим ретроградную орбиту, 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 наклонением в диапазоне 100–125°.
Метеороиды , движущиеся по ретроградной орбите вокруг Солнца, сталкиваются с Землей с более высокой относительной скоростью, чем поступательные метеороиды, имеют тенденцию сгорать в атмосфере и с большей вероятностью поражают сторону Земли, обращенную от Солнца (т. е. ночью), тогда как Прогрессивные метеороиды имеют более медленную скорость сближения, чаще приземляются как метеориты и имеют тенденцию поражать обращенную к Солнцу сторону Земли. Большинство метеороидов постепенные. [28]
Движение Солнца вокруг центра масс Солнечной системы осложнено возмущениями со стороны планет. Каждые несколько сотен лет это движение переключается между прямым и ретроградным движением. [29]
Ретроградное движение, или регресс, 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. Поступательное движение относительно вращения планеты наблюдается в атмосферном супервращении термосферы Земли и в верхней тропосфере Венеры . Моделирование показывает, что в атмосфере Плутона должны преобладать ветры, ретроградные по отношению к его вращению. [30]
Искусственные спутники , предназначенные для орбит с низким наклонением, обычно запускаются в прямом направлении, поскольку это сводит к минимуму количество топлива, необходимое для достижения орбиты, за счет использования вращения Земли (оптимальной для этого является экваториальная стартовая площадка). Однако израильские спутники Ofeq запускаются в западном, ретроградном направлении над Средиземным морем, чтобы гарантировать, что обломки запуска не упадут на населенные территории.
Звезды и планетные системы имеют тенденцию рождаться в звездных скоплениях , а не формироваться изолированно. Протопланетные диски могут сталкиваться с молекулярными облаками внутри скопления или перехватывать материал из них, и это может привести к тому, что диски и образующиеся из них планеты будут иметь наклонные или ретроградные орбиты вокруг своих звезд. [3] [4] Ретроградное движение также может быть результатом гравитационного взаимодействия с другими небесными телами в той же системе (см. механизм Козаи ) или почти столкновения с другой планетой, [1] или может случиться так, что сама звезда перевернулась раньше времени. в формировании их системы за счет взаимодействия магнитного поля звезды и диска, образующего 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, скорее всего, будут вращаться в направлении, противоположном направлению внешних планет. [33]
WASP-17b была первой экзопланетой , которая, как было обнаружено, вращалась вокруг своей звезды в противоположном направлении, в котором вращается звезда. [34] Всего день спустя было объявлено о второй такой планете: HAT-P-7b . [35]
В одном исследовании более половины всех известных горячих юпитеров имели орбиты, смещенные по отношению к оси вращения родительских звезд, причем шесть имели обратные орбиты. [2] Одно из предлагаемых объяснений заключается в том, что горячие Юпитеры имеют тенденцию образовываться в плотных скоплениях, где более распространены возмущения и возможен гравитационный захват планет соседними звездами. [36]
Последние несколько гигантских столкновений во время формирования планет , как правило, являются основным фактором, определяющим скорость вращения планеты земной группы . На стадии гигантского удара толщина протопланетного диска намного превышает размер планетарных зародышей, поэтому столкновения одинаково вероятны с любого направления в трех измерениях. Это приводит к тому, что осевой наклон аккрецированных планет варьируется от 0 до 180 градусов, причем любое направление столь же вероятно, как и любое другое, причем как прямое, так и ретроградное вращение одинаково вероятно. Таким образом, прямое вращение с небольшим осевым наклоном, характерное для планет земной группы, за исключением Венеры, не характерно для планет земной группы в целом. [37]
Узор звезд кажется фиксированным на небе, насколько это касается человеческого зрения; это потому, что их огромные расстояния относительно Земли приводят к движению, незаметному невооруженным глазом. На самом деле звезды вращаются вокруг центра своей галактики.
Звезды с ретроградной орбитой по отношению к общему вращению дисковой галактики с большей вероятностью можно найти в гало галактики , чем в галактическом диске . Внешнее гало Млечного Пути имеет множество шаровых скоплений с ретроградной орбитой [38] и с ретроградным или нулевым вращением. [39] Структура ореола является темой постоянных дебатов. В нескольких исследованиях утверждалось, что они обнаружили гало, состоящее из двух отдельных компонентов. [40] [41] [42] Эти исследования обнаружили «двойное» гало, с внутренним, более богатым металлами, прогрессивным компонентом (т.е. звезды вращаются вокруг галактики в среднем с вращением диска) и бедным металлами внешним компонентом. , ретроградный (вращающийся против диска) компонент. Однако эти результаты были оспорены другими исследованиями, [43] [44] выдвигающими доводы против такой двойственности. Эти исследования показывают, что данные наблюдений можно объяснить без двойственности, если использовать улучшенный статистический анализ и учитывать неопределенности измерений.
Считается, что близлежащая Звезда Каптейна вышла на высокоскоростную ретроградную орбиту вокруг галактики в результате отрыва от карликовой галактики, слившейся с Млечным Путем. [45]
Близкие пролеты и слияния галактик в скоплениях галактик могут вытягивать материал из галактик и создавать небольшие галактики-спутники на прямых или ретроградных орбитах вокруг более крупных галактик. [46]
Галактика под названием Комплекс H, которая вращалась вокруг Млечного Пути в ретроградном направлении относительно вращения Млечного Пути, сталкивается с Млечным Путем. [47] [48]
NGC 7331 — пример галактики, у которой есть выпуклость, вращающаяся в направлении, противоположном остальной части диска, вероятно, в результате падающего 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 – извергает струи гораздо более мощные, чем струи прямой черной дыры, у которой струи может вообще не быть. Ученые создали теоретическую основу для формирования и эволюции ретроградных черных дыр, основанную на зазоре между внутренним краем аккреционного диска и черной дырой. [51] [52] [53]