逆行と順行

天文学における逆行運動とは、一般的に、主天体、つまり中心天体の回転と反対方向への天体の軌道運動または回転運動のことである (右図)。また、天体の回転軸の歳差運動や章動運動などの他の運動も指すことがある。順行運動または直接運動は、主天体が回転するのと同じ方向へのより一般的な運動である。ただし、「逆行」および「順行」は、そのように記述されている場合、主天体以外の天体を指すこともある。回転方向は、遠方の恒星などの慣性基準系によって決定される。

太陽系では、多くの彗星を除くすべての惑星とほとんどの他の天体の太陽の周りの軌道は順行である。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、惑星の自転も順行である。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している。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する方向に公転している。ほぼすべての通常の衛星は潮汐固定されているため、順行自転している。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、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。

銀河や惑星系が 形成されると、その物質は円盤に似た形状になります。物質のほとんどは一方向に軌道を描き、回転します。この運動の均一性は、ガス雲の崩壊によるものです。^[1]崩壊の性質は、角運動量保存則によって説明されます。2010年に逆軌道を描くホットジュピターがいくつか発見され、惑星系の形成に関する理論に疑問が投げかけられました。^[2]これは、恒星とその惑星が孤立して形成されるのではなく、分子雲を含む星団で形成されることに注目することで説明できます。原始惑星系円盤が雲に衝突したり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が発生する可能性があります。^{[3] [4]}

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、その天体の主天体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公転する面である黄道面から測定されます。^[5]衛星の傾斜角は、それらが公転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、主天体の自転と同じ方向に公転または公転しています。傾斜角が正確に 90 度の天体は、順行でも逆行でもない垂直な軌道を持ちます。傾斜角が 90 度から 180 度の間である天体は、逆行軌道にあります。

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、天体の回転軸と、天体の中心を通る軌道面に対して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、その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 度までの天体は、その軌道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8つの惑星はすべて、太陽の自転方向に太陽の周りを回っています。太陽の北極の上から見ると、反時計回りです。6つの惑星も、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ることを意味します。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はわかっていないが、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ある。 ^[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、重力による潮汐消散が大きく、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、金星を太陽に潮汐力で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で均衡している。潮汐力は、この現在の均衡を維持するだけでなく、金星の自転が原始的な速い順行方向から現在のゆっくりとした逆行自転へと進化した理由も十分に説明できる。^[7]過去には、金星の逆行を説明するために、衝突やもともとそのように形成されたなど、さまざまな代替仮説が提案されてきました。^[a]

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、潮汐ロックされていません。水星の順行自転は離心率のために非常に遅いため、近日点付近では角軌道速度が自転速度を超え、水星の空における太陽の動きが一時的に逆転します。^[8]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、潮汐力で自転を遅くすることはできません。 ^[7]

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回っているが、逆行軌道をとるものもある。冥王星は逆行軌道で回っており、軸の傾きは約120度である。^[9]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る。冥王星の衛星系は大規模な衝突によって形成されたと疑われている。^{[10] [11]}

惑星の形成時に惑星の重力場で形成された場合、衛星は惑星の自転と同じ方向に惑星を周回し、規則衛星となる。他の場所で物体が形成され、後に惑星の重力によって軌道に捕らえられた場合、その物体が最初に惑星に向かって回転する側か、惑星から離れて回転する側に近づくかによって、逆行軌道または順行軌道に捕らえられる。これは不規則衛星である。^[12]

太陽系では、小惑星サイズの衛星の多くは逆行軌道を描いているが、海王星の衛星の中で最大のトリトンを除くすべての大型衛星は順行軌道を描いている。 ^{[13]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、逆行軌道を描いていると考えられている。

逆行衛星はすべて、ある程度の潮汐減速を経験します。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い軌道上にあり、衛星と惑星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、主星から離れた距離にある逆行軌道の安定領域は順行軌道の安定領域よりも広い。これは木星の周りの逆行衛星の優位性を説明するものとして示唆されている。しかし、土星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思われる。^[14]

ハイペリオンを除いて、太陽系で知られているすべての通常の惑星の天然衛星は、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すが、主惑星の周りを順行軌道で回っているため、太陽に対する自転は主惑星と同じタイプです。つまり、天王星を除いて、すべて太陽に対して順行回転しています。

衝突が起きた場合、物質はあらゆる方向に放出され、順行衛星または逆行衛星のいずれかに合体する可能性があり、準惑星ハウメアの衛星の場合もこれに当てはまる可能性があるが、ハウメアの自転方向は不明である。^[15]

小惑星は通常、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数十個しか知られていません。

逆行軌道をとる小惑星の中には、燃え尽きた彗星であるものもあるが^{[16] 、}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。^[17]

小惑星はサイズが小さく、地球から遠いため、望遠鏡でその自転を分析することは困難です。2012年現在、200個未満の小惑星のデータがあり、極の向きを決定する方法が異なるため、大きな矛盾が生じることがよくあります。^[18]ポズナン天文台の小惑星自転ベクトルカタログ^[19]では、「逆行回転」または「順行回転」というフレーズの使用を避けています。これは、どの基準面を意味するかによって異なり、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。^[20]

衛星を持つ小惑星は連星小惑星とも呼ばれ、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回転して分裂することによって形成されると考えられています。^[21] 2012年現在、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小惑星を周回します。^[22]

軌道共鳴状態にある既知の物体のほとんどは、共鳴している物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。^[23]

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。^[16] ハレー彗星は太陽の周りを逆行軌道で回っている。^[24]

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。^[25]逆行軌道を持つ他のカイパーベルト天体には、(471325) 2011 KT ₁₉、^[26] (342842) 2008 YB 3、(468861) 2013 LU 28および2011 MM _{4 が}ある。^[27]これらの軌道はすべて、傾斜角が 100°～125° の範囲で大きく傾いている。

太陽の周りを逆行する流星体は順行する流星体よりも速い相対速度で地球に衝突し、大気圏で燃え尽きる傾向があり、地球の太陽から離れた側（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、隕石として落下することが多く、地球の太陽に面した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。^[28]

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に切り替わります。 ^[29]

地球の大気圏内の逆行運動は、偏西風に逆らって東から西へ、または貿易風の東風を通って西から東へといった、一般的な地域的な気流の方向とは反対の運動をする気象システムで見られる。惑星の自転に対する順行運動は、地球の熱圏の大気の超回転と金星の上部対流圏で見られる。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はずである。^[30]

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る。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ある (この効果には赤道上の打ち上げ場所が最適である)。しかし、イスラエルのOfeq衛星は、打ち上げ時の破片が人口密集地に落下しないように、地中海上空で西向きの逆行方向に打ち上げられる。

恒星や惑星系は、孤立して形成されるよりも、星団の中で生まれる傾向がある。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、円盤とそこから生じた惑星が恒星の周りを傾斜した軌道または逆行軌道をとることがある。 ^{[3] [4]}逆行運動は、同じシステム内の他の天体との重力相互作用（コザイメカニズムを参照）または他の惑星との衝突寸前^[1]によっても生じる可能性がある。または、恒星の磁場と惑星形成円盤との相互作用により、システムの形成初期に恒星自体が反転した可能性もある。^{[31] [32]}

原始星IRAS 16293-2422の降着円盤には、反対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最初の例です。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反対方向に公転する可能性があります。^[33]

WASP-17bは、恒星の自転方向とは逆の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した。 ^[34] 2番目の同様の惑星は、そのわずか1日後に発表されました：HAT-P-7b。^[35]

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、6つは逆の軌道を持っていた。^[2]提案されている説明の1つは、ホット・ジュピターは、摂動がより一般的で、近隣の恒星による惑星の重力捕獲の可能性がある、密集したクラスターで形成される傾向があるというものである。^[36]

惑星形成中の最後の数回の巨大衝突は、地球型惑星の自転速度の主な決定要因となる傾向がある。巨大衝突の段階では、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次元のどの方向からでも衝突が起こる可能性は同じである。このため、集積した惑星の軸の傾きは0度から180度の範囲になり、どの方向からでも同様に起こり、順行回転と逆行回転の両方の確率が同じになる。したがって、金星を除く太陽系の地球型惑星に共通する、軸の傾きが小さい順行回転は、一般的な地球型惑星では一般的ではない。^[37]

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、地球に対する星の距離が非常に大きいため、肉眼では感知できない動きが生じるためです。実際には、星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あり^[38]、逆行またはゼロ回転しています^[39] 。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見つかったと主張しています。^{[40] [41] [42]}これらの研究では、「二重」ハローが見つかりました。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（ディスクに対して回転する）要素です。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、^{[43] [44]、}そのような二重性に反対しています。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。

近くにあるカプタイン星は、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回るようになったと考えられている。 ^[45]

銀河団内での銀河の接近や合体は銀河から物質を引き出し、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形成する可能性がある。 ^[46]

銀河系の回転に対して逆方向に周回していた複合体Hと呼ばれる銀河が、銀河系と衝突している。^{[47] [48]}

NGC 7331は、おそらく落下する物質の結果として、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。^[49]

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あります。^[50]逆行ブラックホール（回転方向が円盤と逆のブラックホール）は、ジェットをまったく出さ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します。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の理論的枠組みを構築しました。^{[51] [52] [53]}

• 逆行軌道上の人工衛星
• 重力磁気時計効果
• ヤルコフスキー効果
• 見かけの逆行運動
• アラスカヨーヨーは、2つのボールが同時に反対方向に円運動するおもちゃです。

ウィキメディア・コモンズには、逆行運動に関連するメディアがあります。

• 逆行回転する太陽系外惑星は、離心率によって可能になる共鳴で黄道傾斜励起を経験する、Steven M. Kreyche、Jason W. Barnes、Billy L. Quarles、Jack J. Lissauer、John E. Chambers、Matthew M. Hedman、2020 年 3 月 30 日
• ゲイヨン、ジュリー、エリック・ボイス (2008 年 4 月 21 日)。「複数惑星系で逆行共鳴は起こり得るか?」天文学と天体物理学。482 (2): 665–672。arXiv : 0801.1089。Bibcode : 2008A &A...482..665G。doi : 10.1051/0004-6361:20078460。S2CID 15436738  。
• Kalvouridis, TJ (2003年5月)。「N 体のリング構成における逆行軌道」。天体物理学と宇宙科学。284 (3): 1013–1033。Bibcode :2003Ap&SS.284.1013K。doi : 10.1023 /A:1023332226388。S2CID 117212083  。
• Liou, J (1999). 「逆行性惑星間塵粒子の軌道進化と太陽系における分布」Icarus . 141 (1): 13–28. Bibcode :1999Icar..141...13L. doi :10.1006/icar.1999.6170.
• 逆行性年間ふらつきはどのくらいの大きさですか? 2012-09-20 にWayback Machineにアーカイブされました、NE King、Duncan Carr Agnew、1991 年。
• フェルナンデス、フリオ A. (1981)。「長周期彗星の逆行軌道の観測超過について」。王立天文学会月報。197 ( 2): 265–273。Bibcode :1981MNRAS.197..265F。doi : 10.1093/ mnras /197.2.265。
• 地球型系外衛星のハビタブルゾーンに対する力学的影響、ダンカン・フォーガン、デイビッド・キッピング、2013 年 4 月 16 日
• 衝突破片から銀河について何がわかるか、ピエール＝アラン・デュック、2012 年 5 月 10 日
• 原始惑星系円盤における渦の形成と役割、パトリック・ゴドン、マリオ・リヴィオ、1999 年 10 月 22 日