逆行運動と順行運動
逆行軌道：衛星（赤）は主衛星（青/黒）の自転と反対方向に公転する

天文学における逆行運動とは、一般的に、主天体、つまり中心天体（右図）の自転方向と反対方向への、天体の公転運動または自転運動を指します。また、天体の回転軸の歳差運動や章動運動といった他の運動も逆行運動と呼びます。順行運動は、主天体の自転方向と同じ方向への、より一般的な運動です。ただし、「逆行」や「順行」は、主天体以外の天体を指す場合もあります。回転方向は、遠方の恒星などの慣性系によって決定されます。

太陽系では、多くの彗星と少数の遠方天体を除くすべての惑星、準惑星、およびほとんどの小太陽系天体は、太陽の周りを順行軌道で公転する。太陽の北極上空から観測すると反時計回りになる太陽の自転方向と同じ方向に太陽の周りを公転する。金星と天王星を除いて、惑星の自転も順行軌道で公転する。ほとんどの天然衛星は、その惑星の周りを順行軌道で公転する。天王星の順行衛星は天王星の自転方向、つまり太陽に対して逆行方向に公転する。ほぼすべての通常の衛星は潮汐固定されているため、順行自転する。逆行衛星は一般に小さく、惑星から遠いが、海王星の衛星トリトンは大きく近い。すべての逆行衛星は、その惑星に捕獲される前に別々に形成されたと考えられている。

地球の低傾斜角人工衛星のほとんどは順行軌道に配置されていますが、これはこの状況では軌道に到達するために必要な推進剤が少なくなるためです。

天体の形成

銀河や惑星系が形成されるとき、その物質は円盤に似た形状をとる。物質のほとんどは一方向に軌道を描き、回転する。この運動の均一性はガス雲の崩壊によるものである。[ 1 ]崩壊の性質は角運動量保存の法則によって説明される。2010年に逆軌道を描くホットジュピターが複数発見され、惑星系の形成理論に疑問が投げかけられた。[ 2 ]これは、恒星とその惑星が単独で形成されるのではなく、分子雲を含む星団の中で形成されることに注目することで説明できる。原始惑星系円盤が分子雲に衝突したり、分子雲から物質を奪ったりすると、円盤とその結果生じる惑星の逆行運動につながる可能性がある。[ 3 ] [ 4 ]

軌道と回転パラメータ

軌道傾斜角

天体の傾斜角は、その天体の軌道が順行か逆行かを示します。天体の傾斜角は、その軌道面と、その天体の主星の赤道面などの別の基準フレームとの間の角度です。太陽系では、惑星の傾斜角は、地球が太陽の周りを回る軌道面である黄道面から測定されます。[ 5 ]衛星の傾斜角は、その衛星が周回する惑星の赤道から測定されます。傾斜角が 0 度から 90 度の間である天体は、主星が回転するのと同じ方向に周回または公転しています。傾斜角がちょうど 90 度の天体は、順行でも逆行でもない垂直な軌道を描いています。傾斜角が 90 度から 180 度の間である天体は、逆行軌道を描いています。

軸の傾き

天体の軸の傾きは、その天体の自転が順行か逆行かを示します。軸の傾きとは、天体の自転軸と、その天体の中心を通る公転面に垂直な線との間の角度です。軸の傾きが 90 度までの天体は、主軸と同じ方向に自転しています。軸の傾きがちょうど 90 度の天体は、順行でも逆行でもない垂直な自転をしています。軸の傾きが 90 度から 180 度の間である天体は、その公転方向と反対方向に自転しています。傾斜や軸の傾きに関係なく、太陽系の惑星や衛星の北極は、地球の北極と同じ天球にある極として定義されます。

太陽系の天体

惑星

太陽系の8つの惑星はすべて、太陽の自転方向に太陽の周りを公転しています。太陽の北極から見ると、反時計回りです。6つの惑星は、同じ方向に自転しています。例外（逆回転する惑星）は、金星と天王星です。金星の自転軸の傾きは177°で、公転軌道とほぼ逆方向に自転しています。天王星の自転軸の傾きは97.77°で、自転軸は太陽系の平面とほぼ平行です。

天王星の異常な軸の傾きの理由ははっきりと分かっていませんが、太陽系の形成中に地球サイズの原始惑星との衝突によって引き起こされたというのが一般的な推測です。 [ 6 ]

金星が、243日かかる現在のゆっくりとした逆行自転で形成された可能性は低い。金星は、太陽系のほとんどの惑星と同様に、数時間周期の速い順行自転で始まったと考えられる。金星は、太陽に十分近いため、大きな重力潮汐消散を経験し、また、逆行トルクを生み出す熱駆動の大気潮汐力を生み出すのに十分な厚さの大気を持っている。金星の現在のゆっくりとした逆行自転は、金星を太陽に潮汐固定しようとする重力潮汐力と、金星を逆方向に回転させようとする大気潮汐力との間のおおよその平衡状態である。これらの効果は、金星の自転が原始的な速い順行方向から、完全には安定していない現在のゆっくりとした逆行自転[ 7 ]へと進化したことを説明するのにも十分である。マゼラン探査機のデータで測定された500日間の金星の自転周期は、マゼラン探査機とビーナス・エクスプレスの訪問の間の16年間に測定された自転周期よりも小さく、約6.5分の差があります。[ 8 ]過去には、衝突やもともとそのように形成されたなど、金星の逆行を説明するためにさまざまな代替仮説が提唱されてきました。  

水星は金星よりも太陽に近いにもかかわらず、軌道の離心率により3:2 の自転・軌道共鳴状態にあるため、潮汐固定されていません。水星の順行自転は離心率のために非常に遅いため、近日点付近では公転角速度が自転角速度を超え、水星の空における太陽の動きが一時的に逆転します。[ 9 ]地球と火星の自転も太陽の潮汐力の影響を受けますが、太陽から遠いため潮汐力が弱いため、水星や金星のような平衡状態には達していません。太陽系のガス惑星は大きすぎて太陽から遠すぎるため、潮汐力によって自転速度を遅くすることはできません。 [ 7 ]

準惑星

既知の準惑星および準惑星候補はすべて太陽の周りを順行軌道で公転していますが、中には逆行自転するものもあります。冥王星は逆行自転しており、その軸の傾きは約120度です。[ 10 ]冥王星とその衛星カロンは潮汐力で互いに固定されています。冥王星の衛星系は、大規模な衝突によって形成されたと考えられています。[ 11 ] [ 12 ]

自然衛星とリング

オレンジ色の月は逆行軌道にあります。

惑星の形成過程において、その重力場内で形成された衛星は、惑星の自転方向と同じ方向に惑星を周回するため、規則衛星と呼ばれます。一方、他の場所で形成された天体が後に惑星の重力によって軌道に捕らえられた場合、その天体は惑星の自転方向に対して接近する側と離す側によって、逆行軌道または順行軌道のいずれかに捕らえられます。これは不規則衛星と呼ばれます。[ 13 ]

太陽系では、小惑星サイズの衛星の多くは逆行軌道をとっていますが、海王星の衛星の中で最大のトリトンを除くすべての大きな衛星は順行軌道をとっています。 [ 14 ]土星のフェーベリングの粒子は、不規則衛星フェーベに由来するため、逆行軌道をとっていると考えられています。

すべての逆行衛星は、ある程度の潮汐減速の影響を受けます。太陽系でこの影響が無視できない唯一の衛星は、海王星の衛星トリトンです。他の逆行衛星はすべて遠方の軌道上にあり、惑星との間の潮汐力は無視できるほど小さいです。

ヒル球面内では、主星から遠く離れた逆行軌道の安定領域は、順行軌道の安定領域よりも広い。これは、木星の衛星が逆行衛星に偏っていることの説明として示唆されてきた。しかし、土星では逆行衛星と順行衛星がより均等に混在しているため、根本的な原因はより複雑であると考えられる。[ 15 ]

ハイペリオンを除き、太陽系で知られているすべての通常の惑星系衛星は、主惑星に対して潮汐固定されているため、主惑星に対する自転はゼロである。しかし、主惑星の周りを順行軌道で公転しているため、太陽に対する自転は主惑星と同じである。つまり、天王星を除くすべての衛星は、太陽に対して順行自転している。

衝突が起きた場合、物質はあらゆる方向に噴き出し、順行衛星または逆行衛星に合体する可能性があります。準惑星ハウメアの衛星もそのケースに当てはまる可能性がありますが、ハウメアの自転方向は不明です。[ 16 ]

太陽系の小天体

小惑星

多くの小惑星は太陽の周りを順行軌道で回っています。逆行軌道で回っている小惑星は約100個しか知られていません。

逆行軌道を持つ小惑星の中には、消滅した彗星であるものもあるが[ 17 ] 、木星との重力相互作用によって逆行軌道を獲得したものもある可能性がある[ 18 ]。

小惑星は小さく、地球からの距離も大きいため、望遠鏡で自転を解析することは困難です。2012年現在、利用可能なデータは200個未満の小惑星についてであり、極の向きを決定する方法が異なるため、しばしば大きな差異が生じます。[ 19 ]ポズナン天文台の小惑星自転ベクトルカタログ[ 20 ]では、「逆行回転」や「順行回転」という表現は使用されていません。これは、どの基準面を指すかによって異なるためであり、小惑星の座標は通常、小惑星の軌道面ではなく黄道面を基準として与えられるためです。[ 21 ]

衛星を持つ小惑星は連星系小惑星とも呼ばれ、メインベルトと地球近傍小惑星群の直径10km未満の小惑星全体の約15％を占め、そのほとんどはYORP効果によって小惑星が高速で自転し、分裂して形成されると考えられています。[ 22 ] 2012年時点で自転がわかっている場合、小惑星のすべての衛星は小惑星の自転と同じ方向に周回します。[ 23 ]

軌道共鳴状態にある既知の天体のほとんどは、共鳴している天体と同じ方向に周回していますが、木星や土星と共鳴している逆行小惑星もいくつか発見されています。[ 24 ]

彗星

オールトの雲から出た彗星は小惑星よりも逆行する可能性がはるかに高い。[ 17 ]ハレー彗星は太陽の周りを逆行軌道で回っている。[ 25 ]

ケンタウロス

ほとんどのケンタウルス族は太陽の周りを順行軌道で回っています。逆行軌道を持つケンタウルス族として最初に発見されたのは、20461 ディオレツァです。[ 26 ]他に逆行軌道を持つケンタウルス族として知られているものには、2004 NN 8、2012 TL 139、(434620) 2005 VD、2006 BZ 8、2006 RJ 2などがあります。これらの軌道はすべて大きく傾斜しており、傾斜角は160°から180°の範囲です。[ 27 ]

カイパーベルト天体

カイパーベルト天体のほとんどは太陽の周りを順行軌道で回っている。逆行軌道を持つことが最初に発見されたカイパーベルト天体は 2008 KV 42である[ 28 ]。逆行軌道を持つ他のカイパーベルト天体には471325 Taowu、[ 29 ] (342842) 2008 YB 3、(468861) 2013 LU 28、2011 MM 4がある[ 30 ]。これらの軌道はすべて100°～125°の 傾斜角で大きく傾いている。

流星体

太陽の周りを逆行する流星体は、順行する流星体よりも地球に衝突する相対速度が速く、大気圏で燃え尽きる傾向があり、地球の太陽に面していない側（つまり夜間）に衝突する可能性が高くなります。一方、順行する流星体は接近速度が遅く、隕石として地球に落下することが多く、地球の太陽に面する側に衝突する傾向があります。ほとんどの流星体は順行性です。[ 31 ]

太陽

太陽系の重心の周りの太陽の運動は、惑星からの摂動によって複雑化しています。この運動は数百年ごとに順行と逆行を繰り返すことがあります。 [ 32 ]

惑星の大気

地球の大気圏内における逆行運動、あるいは後退は、偏西風に逆らって東から西へ、あるいは貿易風である東風に逆らって西から東へといった、一般的な地域的な気流方向とは逆向きの気象システムに見られる。惑星の自転に対する順行運動は、地球の熱圏における大気の超回転と金星の上層対流圏に見られる。シミュレーションによると、冥王星の大気は自転に対して逆行する風が支配的であると考えられる。[ 33 ]

人工衛星

低傾斜軌道を周回する人工衛星は通常、順行方向に打ち上げられます。これは、地球の自転を利用して軌道到達に必要な推進剤の量を最小限に抑えるためです（この効果を得るには赤道上の発射場が最適です）。しかし、イスラエルのOfeq衛星は、打ち上げ時の残骸が人口密集地に落下しないようにするため、地中海上空を西向きの逆行方向に打ち上げられます。

太陽系外惑星

恒星や惑星系は、単独で形成されるよりも、星団の中で誕生する傾向があります。原始惑星系円盤は、星団内の分子雲と衝突したり、分子雲から物質を奪ったりすることがあり、その結果、円盤とその惑星が恒星の周りを傾斜した軌道、つまり逆行軌道をとることがあります。 [ 3 ] [ 4 ]逆行運動は、同じ系内の他の天体との重力相互作用（コザイ機構を参照）や他の惑星との衝突寸前によっても発生する可能性があります。[ 1 ]あるいは、恒星の磁場と惑星形成円盤との相互作用により、系形成の初期段階で恒星自体が反転した可能性もあります。[ 34 ] [ 35 ]

原始星IRAS 16293-2422の降着円盤には、互いに逆方向に回転する部分があります。これは、逆回転する降着円盤の初めての例として知られています。この系で惑星が形成される場合、内側の惑星は外側の惑星とは逆方向に公転すると考えられます。[ 36 ]

WASP-17bは、恒星の自転方向とは反対方向に公転していることが発見された最初の太陽系外惑星である。 [ 37 ] 2番目の同様の惑星が、そのわずか1日後にHAT-P-7bとして発表された。[ 38 ]

ある研究では、既知のホット・ジュピターの半数以上が親星の自転軸とずれた軌道を持ち、そのうち6つは逆方向に軌道を回っていた。[ 2 ]提案されている説明の一つは、ホット・ジュピターは密度の高いクラスターで形成される傾向があり、そこでは摂動がより一般的に起こり、近隣の恒星による惑星の重力捕獲が可能であるというものである。 [ 39 ]

惑星形成期の最後の数回の巨大衝突は、地球型惑星の自転速度を主に決定する要因となる傾向がある。巨大衝突段階では、原始惑星系円盤の厚さは惑星胚の大きさよりもはるかに大きいため、3次元的にどの方向からでも衝突が起こる可能性は等しくなる。この結果、集積した惑星の軸の傾きは0度から180度の範囲となり、どの方向からでも衝突が起こる可能性は等しく、順行自転と逆行自転の両方の確率は等しくなる。したがって、金星を除く太陽系の地球型惑星に見られる、軸の傾きが小さい順行自転は、一般的な地球型惑星では一般的ではない。[ 40 ]

星の銀河軌道

人間の視覚では、星の配置は空に固定されているように見えます。これは、地球に対する星々の距離が非常に大きいため、肉眼では捉えられないほどの運動をしているからです。実際には、星々は銀河の中心を周回しています。

ディスク銀河の一般的な回転に対して逆行軌道を持つ星は、銀河ディスクよりも銀河ハローで見つかる可能性が高くなります。天の川銀河の外側のハローには、逆行軌道を持つ球状星団が多数存在し[ 41 ]、逆行またはゼロ回転を持つ球状星団もあります[ 42 ] 。ハローの構造は現在も議論が続いています。いくつかの研究では、2つの異なる要素からなるハローが発見されたと主張しています[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]。これらの研究では、「二重」ハローが発見されており、内側の金属に富む順行要素（つまり、星は平均してディスクの回転に合わせて銀河を周回する）と、外側の金属に乏しい逆行要素（ディスクに対して回転する）が発見されています。しかし、これらの発見は他の研究によって異議を唱えられており[ 46 ] [ 47 ]、そのような二重性には反論されています。これらの研究は、改善された統計分析を採用し、測定の不確実性を考慮すると、観測データは二重性なしに説明できることを示しています。

近くのカプタイン星は、天の川銀河と合体した矮小銀河から引き裂かれた結果、銀河の周りを高速で逆行する軌道を描いていると考えられています。 [ 48 ]

銀河

衛星銀河

銀河団内での銀河の接近や合体は銀河から物質を引き抜き、より大きな銀河の周りを順行または逆行軌道で回る小さな衛星銀河を作り出すことがある。 [ 49 ]

銀河系H複合体と呼ばれる銀河は、銀河系の自転に対して逆方向に周回していたが、現在は銀河系と衝突している。[ 50 ] [ 51 ]

逆回転バルジ

NGC 7331は、おそらく落下する物質のせいで、ディスクの残りの部分とは反対方向に回転しているバルジを持つ銀河の例です。[ 52 ]

中心ブラックホール

渦巻銀河の中心には、少なくとも1つの超大質量ブラックホールが存在する。[ 53 ]逆行ブラックホール（円盤の自転と逆方向に回転するブラックホール）は、ジェットを全く噴出しない可能性のある順行ブラックホールよりもはるかに強力なジェットを噴出する。科学者たちは、降着円盤の内縁とブラックホールの間の隙間に基づいて、逆行ブラックホールの形成と進化に関する理論的枠組みを構築した。[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]

参照

脚注

参考文献

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