행성에 귀속된 위성의 운동에서, 위성의 자전주기와 공전주기가 같은 위성을 볼 때, 그렇게 되는 원리는 ?

Question

우주의 천체에 있어서

행성이라하면

일단은

항성 주위를 공전하는 천체인데요

행성이란 지위를 얻기 위한 조건은

여러가지가 있다고 봅니다.

일단 항성 주위를 돌고

스스로의 중력으로 구체의 모양을 가져야하고

행성 공전궤도 주변에서 위성을 제외한 상태로 독립궤도를 가진다?

뭐 대충 그런 조건이 있다고 기억하는데요.

이 행성이라는 천체 주위에 있는 위성이

궤도 역학에 따라 공전을 하는건 어느정도 알겠는데

다 그런것은 아니지만

대부분의 위성이

지구의 위성인 달처럼

행성 주위를 공전하는 주기와, 위성 자체의 자전주기가 같은 경우가 있는데요

그럼

이렇게 위성의 공전과 자전주기가 같아지는 원리는

어떻게 설명이 가능한가요?

Answer 1

위성의 자전주기와 공전주기가 같은것을 조석고정이라고 하며 중력의 상호작용에 의한 결과이죠. 이러한 현상은 시간이 흐르며 중력에 의해 점점 고정되는 과정인데요. 대표적으로 달이 있습니다. 행성의 중력이 위성 내부에 조석력을 가해 위성의 형체를 약간 길쭉하게 찌그러 뜨리게 되며 이 부분이 위성의 회전과 공전의 상대적인 차이로 모행성과의 상호작용하는 중력토크를 만들어내게 합니다. 위성 내부의 마찰로 인해 이 토크가 위성의 자전 속도를 점점 늦추게 하고 시간이 지나면서 자전 속도는 공전 속도와 같아지게 되고 이 상태에서 더이상 토크가 생기지 않게 되면서 안정화되게 되고 그 결과 위성이 한쪽면만을 행성에 향하게 된 채 고정되게 됩니다. 이 상태로 에너지가 외부의 교란이 없다면 지속되게 되는것이지요. 위성이 행성에서 매우 멀리 떨어져있거나 형성된지 오래되지 않았거나 최근 충돌등으로 교란이 발생했따면 조석 고정이 되지 않을수도 있습니다.