נעילת גאות

נעילת גאות היא מצב בו גרם שמים הנמצא במסלול סביב גוף נוסף מפנה תמיד את אותו צד כלפי הגוף האחר; בלשון אחרת, זמן הסיבוב של גרם השמים זהה לזמן בו הוא משלים הקפה אחת סביב הגוף השני.

משמאל - נעילת גאות: זמן הקפת הירח סביב כדור הארץ שווה לזמן הסיבוב העצמי של הירח; מכדור הארץ רואים תמיד את אותו הצד של הירח.
מימין - אילו הירח לא היה מסתובב סביב עצמו כלל, היה ניתן לראות את צדו הרחוק מכדור הארץ.

התופעה

נעילת גאות נוצרת בגרם שמיים המקיף גוף כבד ממנו, אשר מפעיל כוח משיכה שונה על צדדיו השונים של גרם השמיים. מצב כזה יתקיים באחד משני תרחישים: תרחיש אחד הוא שחלוקת המסה של גרם השמיים המקיף אינה סימטרית, ולכן מרכז הכובד שלו לא נמצא במרכזו. במצב כזה, כוח המשיכה שמפעיל הגוף המרכזי גורם למומנט סיבוב על גרם השמיים, עד למצב בו מרכז הכובד מופנה כלפי הגוף המרכזי. אפשרות אחרת מתרחשת כאשר גרם השמיים מאורך, ואז יפעל מומנט סיבוב על גרם השמיים עד שצירו הארוך יפנה כלפי הגוף המרכזי.

הדוגמה המוכרת ביותר לנעילת גאות היא הירח הנעול על ידי כדור הארץ. מרכז הכובד של הירח נמצא במרחק 1,900 מטרים ממרכזו,^[1] ועם חלוף הזמן מומנט הסיבוב על הירח גרם לכך שמרכז הכובד יפנה תמיד לכיוון כדור הארץ. אדם העומד על כדור הארץ רואה רק צד אחד של הירח – הצד הקרוב של הירח (אנ').^[2] עם זאת, נעילת הגאות של הירח אינה מושלמת. שינויים קטנים הנגרמים מהאקסצנטריות של מסלול הירח, הנקראים ליברציות, מאפשרים צפייה בכ-59% מפני הירח מכדור הארץ. עם זאת, ברגע נתון ניתן לצפות רק בכמחצית פני שטחו של הירח.

רשימת גופים נעולים במערכת השמש

גוף מרכזי	ירחים נעולי-גאות[3]
שמש	כוכב חמה (מרקורי) (הערה: אינו נעול כבידתית לגמרי. נמצא בתהודה מסלולית).
ארץ	הירח
מאדים	פובוס · דימוס
צדק	מטיס · אדרסטאה · אמלתאה · תבה · איו · אירופה · גנימד · קליסטו
שבתאי	פאן · אטלס · פרומתאוס · פנדורה · אפימתאוס · יאנוס · מימס · אנקלדוס · טלסטו · טתיס · קליפסו · דיוני · ריאה · טיטאן · יאפטוס
אורנוס	מירנדה · אריאל · אומבריאל · טיטניה · אוברון
נפטון	פרוטאוס · טריטון[4]
פלוטו	כארון (פלוטו עצמו נעול בפני כארון)

גופים שמימיים העשויים להינעל בנעילת גאות

כל גוף שמימי הנמצא במסלול מול גוף אחר עשוי לעבור תהליך של נעילת גאות. לשם כך נדרשים שני תנאים:

1. חלוקת המסה של הגוף אינה סימטרית ולכן מרכז הכובד שלו אינו המרכז הגאומטרי שלו, או שצורתו אינה כדורית.
2. די והותר זמן של קיום ההקפה על מנת שתיווצר נעילת גאות.

אסטרואידים, ירחים וכוכבי לכת

רוב הירחים הגדולים במערכת השמש נעולים, כיוון שרובם במסלול קרוב יחסית לכוכב הלכת אותו הם מקיפים, וכוח הגאות גדל בחזקה השלישית עם ירידת המרחק. החריגים הם לוויינים בעלי מסלול מרוחק של ענקי הגז. במערכת השמש אין אף כוכב לכת הנמצא בנעילת גאות מול השמש, אך ככל הנראה התגלו כאלה סביב כוכבים אחרים.

אמנם פיזיקלית אין מניעה שאסטרואידים ינעלו בנעילת גאות, אך לא ידועה דוגמה לכך במערכת השמש, בשל הקפי המסלול הגדולים של האסטרואידים.

כוכבים

כוכבים עשויים להיות בסוג שונה של נעילת גאות, הן זה עם זה והן עם כוכבי הלכת שלהם. הנעילה במקרה זה אינה יכולה להיות עם הכוכב עצמו, שכן הוא עשוי מגז, ואין לו פני שטח קבועים שיכולים להיות נעולים (קצב הסיבוב שלו משתנה עם קו הרוחב). עם זאת, יכולה להתרחש נעילה מול השדה המגנטי של הכוכב. ייתכן שדוגמה לכך היא ברועה דובים (Tau Boötis), שאולי נעול מול אחד מכוכבי הלכת שלו.^[5]

הזמן לנעילת גאות

בעקבות נעילת הגאות, מכדור הארץ הצד המרוחק אינו נראה לעולם.

מאחר שהירח טרם הגיע לנעילת גאות מלאה, הוא מיטלטל מול כדור הארץ, כפי שניתן לראות בסימולציה זו, הכוללת חודש ירחי שלם (29.5 ימים). כתוצאה מטלטלות אלו, הקרויות ליברציות (librations) אפשר לראות כ-59 אחוזים מפני הירח, למרות שבכל רגע נתון רק חצי משטחו גלוי.

נוסחה להערכת הזמן של גוף עד שיגיע לנעילת גאות:

${\displaystyle t_{lock}\approx {\omega a^{6}IQ \over 3Gm_{p}^{2}k_{2}R^{5}}}$

• ${\displaystyle \omega }$ = קצב הסיבוב הראשוני המבוטא ברדיאנים לשנייה.
• ${\displaystyle a}$ = חצי הציר המרכזי של הגוף המוקף.
• ${\displaystyle I\approx 0.4m_{s}R^{2}}$ = מומנט האינרציה של הלוויין, שבו ${\displaystyle m_{s}}$ הוא המסה של הלוויין ו-${\displaystyle R}$ הוא הרדיוס הממוצע של הלוויין.
• ${\displaystyle Q}$ = פונקציית הפיזור של הלוויין.
• ${\displaystyle G}$ = קבוע הכבידה.
• ${\displaystyle m_{p}}$ = מסת הגוף המוקף.
• ${\displaystyle k_{2}}$ = מספר הגאות והשפל של הלוויין.

המחשה של נעילת גאות של גוף שאינו כדורי. סיבוב לא מותאם (באדום) נמנע על ידי כח המשיכה עד כדי שבסופו של התהליך מגיעים להתייצבות (בירוק).

ראו גם

• הקפה סינכרונית
• גאות ושפל
• תהודה מסלולית
• כוח גאות
• הירח
• פלוטו
• כוכב כפול
• גבול רוש

קישורים חיצוניים

• https://www.spaceanswers.com/deep-space/what-is-tidal-locking/
• http://tvtropes.org/pmwiki/pmwiki.php/Main/TidallyLockedPlanet
• http://www.sciencefocus.com/article/space/what-tidal-locking
• https://www.youtube.com/watch?v=6jUpX7J7ySo
• https://www.youtube.com/watch?v=lmc5XqChJpY
• https://www.youtube.com/watch?v=N5jhMjuBD84
• http://www.conservapedia.com/Tidal_lock

הערות שוליים

1. Encyclopedia of the Solar System, edited by Tilman Spohn, Doris Breuer, Torrence Johnson, p541
2. עיני אדם חזו בצדו הרחוק של הירח רק ב-1959, כאשר הקיפה הגשושית הסובייטית לוּנַה 3 את הירח וצילמה אותו.
3. Nobili, A. M. (באפריל 1978), "Secular effects of tidal friction on the planet-satellite systems of the solar system", Moon and the Planets, 18: 203−216, Bibcode:1978M&P....18..203N, doi:10.1007/BF00896743. {{citation}}: (עזרה) "The following satellites seem to corotate: Phobos and Deimos, Amalthea, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Janus, Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan, Hyperion, Japetus, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, and Oberon."
4. Correia, Alexandre C. M. (באוקטובר 2009), "Secular Evolution of a Satellite by Tidal Effect: Application to Triton", The Astrophysical Journal Letters, 704 (1): L1−L4, arXiv:0909.4210, Bibcode:2009ApJ...704L...1C, doi:10.1088/0004-637X/704/1/L1. {{citation}}: (עזרה)
5. Walker, G. A. H.; Croll, B.; Matthews, J. M.; et al. (2008-02-25). "MOST detects variability on τ Boötis A possibly induced by its planetary companion". Astronomy & Astrophysics. EDP Sciences. 482 (2): 691–697. doi:10.1051/0004-6361:20078952. ISSN 0004-6361.