נעילת גאות

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

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.

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,תבנית:הערה 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 תבנית:אנ.תבנית:הערה 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.

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 תבנית:אנג, שאולי נעול מול אחד מכוכבי הלכת שלו.תבנית:הערה

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:

$t_{lock}\approx \frac{\omega a^{6}IQ}{3G{m}_p^2{k}_2{R}^5}$

• $\omega$ = קצב הסיבוב הראשוני המבוטא ברדיאנים לשנייה.
• $a$ = חצי הציר המרכזי של הגוף המוקף.
• $I\approx 0.4m_s{R}^2$ = מומנט האינרציה של הלוויין, שבו $m_s$ הוא המסה של הלוויין ו-$R$ הוא הרדיוס הממוצע של הלוויין.
• $Q$ = פונקציית הפיזור של הלוויין.
• $G$ = קבוע הכבידה.
• $m_p$ = מסת הגוף המוקף.
• $k_2$ = 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