איך שכוכב מסתובב לו

לכוכבי הלכת יש שני סוגים ברורים של תנועה – הם מקיפים את השמש וחגים סביב צירם. לא רק שכל כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו מקיפים את השמש באותו כיוון, הם גם עושים זאת כמעט באותו מישור, כלומר אין כוכבי לכת שנעים "למעלה" ואז "למטה" וחוזר חלילה.

לעומת זאת, במה שנוגע לסיבוב העצמי כוכבי הלכת שונים דרמטית אלה מאלה. שניים מהם – חמה וצדק – מסתובבים כמעט במאונך למישור ההקפה שלהם את השמש; כדור הארץ, מאדים, שבתאי ונפטון נוטים חלקית, בזווית של 30-20 מעלות לעומת אותו מישור; אורנוס ופלוטו ממש "שוכבים" על צדם; ואילו נוגה בכלל מסתובב הפוך. מה גורם להבדלים הללו?

מסלול סביב השמש

מקור ההקפה של כוכבי הלכת טמון בימים הראשונים של מערכת השמש, כשהייתה רק ענן של אבק וגז. בשלב מסוים החל הענן לקרוס לתוך עצמו בכוח הכבידה העצמית שלו, ומכיוון שצורתו לא היתה כדורית סימטרית הוא החל גם להסתחרר.

בשלב הזה פעלו על הענן שני כוחות – כוח הכבידה העצמי שלו שמשך אותו "פנימה", מכל הכיוונים, והכוח הצנטרפוגלי שמשך את החומר "החוצה", אבל רק במאונך למישור הסיבוב – כלומר לצדדים ולא למטה ולמעלה. כתוצאה מכך קיבלנו דיסקה, שעוביה קטן מאוד יחסית לקוטרה, וכל החומר מסתובב בה באותו כיוון.

עם הזמן, האבק והגז התחברו לגופים יותר ויותר גדולים, שמהם נוצרו בסופו של דבר כוכבי הלכת, אבל כיוון הסיבוב המקורי נותר ללא שינוי. אמנם נכון שהתנגשויות יכולות לשנות את כיוון המסלול של גוף חללי, אך שינוי כזה הוא תולדה של המסות והמהירויות של הגופים המעורבים בהתנגשות. מסותיהם של כוכבי הלכת הן עצומות, כך שרק פגיעה של גופים גדולים מאוד תוכל להסיט אותם משמעותית ממסלולם. ואכן, מדענים החוקרים את היווצרות מערכת השמש סבורים כי בראשית ימיה הקיפו אותה יותר כוכבי לכת "עובריים", שמספרם הצטמצם בהדרגה בעקבות התנגשויות עד שנותרו רק השמונה המוכרים היום.

עדות לכך היא מסלוליהם של גופים קטנים יותר, כמו אסטרואידים ושביטים. הקטנים מביניהם, שקוטרם מגיע לקילומטרים בודדים, מתנגשים לעתים תכופות בגופים הדומים להם בגודלם, ואכן יש בהם כאלה שנעים בכיוון ההפוך ובמישור מוטה מאד יחסית למישור התנועה של כוכבי הלכת.

סיבוב עצמי

עקרונות דומים אפשר להחיל גם על הסיבוב העצמי של כוכבי הלכת. רוב כוכבי הלכת מסתובבים באותו כיוון שאליו הם נעים, ממערב למזרח, משום שגם הסיבוב הזה נולד מכיוון הסיבוב של הערפילית הקדומה שממנה נוצרה מערכת השמש. סיבוב כזה מכונה באנגלית Prograde, ואילו לסיבוב ההפוך, נגד כיוון התנועה, קוראים Retrograde.

גם סיבוב הפוך או מוטה יכול לנבוע מהתנגשויות, אך ההבדל הוא שדרושה עוצמה הרבה יותר נמוכה כדי לשנות את כיוון הסיבוב או את ציר הסיבוב, בהשוואה לקושי להטות כוכב לכת ממסלולו. לכן אפשר למצוא כוכבי לכת שמסתובבים כשראשם כלפי מטה או בשכיבה על צדם. מאחר שברוב המקרים כיוון ההתנגשות שונה מכיוון הסיבוב של כוכב הלכת, ציר הסיבוב של כוכב הלכת ינוע באופן מחזורי בין שני כיוונים.

ציר הסיבוב של כדור הארץ (בזווית של 23.5 מעלות מהאנך למישור התנועה), משתנה למשל בין 22.1 מעלות ל-24.5 מעלות במחזורים של 41 אלף שנה. מצבו של מאדים מסובך וכאוטי הרבה יותר, כיוון שציר הסיבוב שלו משתנה בין 0 ל-60 מעלות במשך מיליוני שנים.

גם בנושא הסיבוב העצמי, רבים מהאסטרואידים הקטנים שמקיפים את השמש מסתובבים בכיוון הפוך לכיוון תנועתם. במקרה הזה לא רק התנגשויות אחראיות על כיוון הסיבוב אלא גם אור השמש. מכיוון שאסטרואידים רבים אינם סימטריים, אור השמש פוגע בהם ומוחזר מהם באופן לא אחיד, ויוצר רתע שונה בכל צד. ההבדלים באנרגיה שמקבל כל צד באסטרואיד עשויים לגרום להאצה או להאטה הדרגתית של סיבובו.

מסביב לחלל

תנועה אחידה לאותו כיוון נראית בעוד מקומות בחלל, למשל בגלקסיות ספירליות או דיסקות ספיחה סביב חורים שחורים, שהמשותף להם הוא הסיבוב סביב מרכז הדיסקה וכוח צנטריפוגלי המאונך לציר הסיבוב. לעומת זאת, כשבוחנים את מסלוליהם של כוכבי הלכת סביב מערכות שמש אחרות שהתגלו בעשרים השנים האחרונות, מתברר כי רבים מהם חגים בניגוד לכיוון הסיבוב של הכוכב (הזהה לכיוון המקורי של הדיסקה הקדומה), וחלקם נעים במסלולים מוטים למדי, בניגוד מוחלט למה שאנחנו מכירים במערכת השמש שלנו.

התופעה הזאת מתרחשת במקרה שכוכב הלכת הוא מסוג "צדק חם", ענק גזי כמו צדק, שמקיף את השמש שלו במסלול קרוב מאוד במסלול שנמשך ימים בודדים, ולכן הוא חם. המרחק המצומצם מאפשר לכוכב להפעיל כוחות גאות על כוכב הלכת שלו ולשנות את סיבובו ומסלולו.

כוחות גאות הם כוחות שמשפיעים מהותית על גופים שקרובים פיזית זה לזה. כך שעל צדו של כוכב לכת הפונה לכוכב שלו יופעל כוח כבידה שונה באופן משמעותי לעומת צדו המרוחק. ההבדל הזה משפיע מהותית על "התנהגותם" ותנועתם. במערכת השמש שלנו אנחנו מזהים כוחות גאות בין כוכבי הלכת לירחיהם, למשל בין צדק וירחו איו, פלוטו וירחו כארון, וכמובן הירח שלנו, הגורם למחזורי הגאות והשפל באוקיינוסים שעל כדור הארץ. אבל המרחק בין כוכבי הלכת עצמם והשמש במערכת שלנו פשוט גדול מדי עבור כוחות גאות משמעותיים, ולכן כוכבי הלכת ממשיכים לנוע באותו מישור ובאותו כיוון כפי שעשו מאז ומעולם.