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天文学における逆行運動とは、一般的に、主天体（右図）の回転方向とは逆方向に移動する天体の軌道運動または回転運動のことです。また、天体の自転軸の歳差運動や章動などの他の運動を表す場合もあります。順行運動または直接運動は、主天体の回転方向と同じ方向に移動する、より一般的な運動です。ただし、「逆行」と「順行」は、主天体以外の天体についても、そのように記述されている場合は、対象物を指すことがあります。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、多くの彗星やごく少数の遠方の天体を除き、すべての惑星、準惑星、およびほとんどの小型天体の太陽の周回軌道は順行です。これらの天体は、太陽が自転する方向と同じ方向に太陽の周りを公転します。太陽の北極上空から見ると、太陽の自転方向は反時計回りです。金星と天王星を除き、惑星の自転も順行です。ほとんどの自然衛星は、惑星の周りを順行軌道で公転しています。天王星の順行衛星は、天王星の自転方向（太陽に対して逆行）に公転します。ほぼすべての規則衛星は潮汐固定されているため、順行回転をしています。逆行衛星は一般的に小さく、惑星から遠く離れていますが、海王星の衛星トリトンは大きく、惑星に近い位置にあります。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ます。
地球の低軌道人工衛星のほとんどは順行軌道に投入されている。これは、順行軌道では軌道到達に必要な推進剤が少なくて済むためである。
銀河や惑星系が形成されるとき、その物質は円盤のような形になります。物質の大部分は一方向に公転し、回転します。この運動の均一性は、ガス雲の収縮によるものです。[ 1 ]収縮の性質は、角運動量保存則によって説明されます。2010年に逆行軌道を持つホットジュピターがいくつか発見されたことで、惑星系の形成に関する理論に疑問が生じました。[ 2 ]これは、恒星とその惑星は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着目することで説明できます。原始惑星系円盤が雲と衝突したり、雲から物質を奪ったりすると、円盤と結果として生じる惑星の逆行運動が生じ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、その天体の軌道面と、その天体の主星の赤道面などの別の基準系との間の角度です。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、衛星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度の間の天体は、主星の自転と同じ方向に公転または回転しています。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持っています。傾斜角が90度から180度の間の天体は、逆行軌道にあります。
天体の自転軸の傾きは、その天体の自転が順行か逆行かを示します。自転軸の傾きとは、天体の自転軸と、その天体の中心を通る軌道面に垂直な線との間の角度です。自転軸の傾きが90度以下の天体は、主星と同じ方向に自転しています。自転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方向の自転をしています。自転軸の傾きが90度から180度の間の天体は、軌道方向とは反対方向に自転しています。太陽系の惑星や衛星の北極は、傾斜角や自転軸の傾きに関係なく、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（太陽の北極上から見た場合、反時計回り）に太陽の周りを公転しています。これらの惑星のうち6つは、同じ方向に自転もしています。例外は、逆行自転をする金星と天王星です。金星の自転軸の傾きは177°で、これは公転方向とほぼ正反対の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°なので、その自転軸は太陽系の平面とほぼ平行です。
天王星の異常な自転軸の傾きの原因は確実には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が原因であるという推測が一般的です。 [ 6 ]
金星が現在の243日かかるゆっくりとした逆行回転で形成されたとは考えにくい。金星はおそらく、太陽系のほとんどの惑星と同様に、数時間の周期を持つ速い順行回転で始まった。金星は太陽に十分近いため、大きな重力潮汐散逸を経験し、また、逆行トルクを生み出す熱駆動の大気潮汐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回転は、金星を太陽に潮汐固定しようとする重力潮汐と、金星を逆行方向に回転させようとする大気潮汐との間のほぼ平衡状態である。これらの効果は、金星の回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回転へと進化したことを説明するのに十分であるが、完全に安定しているわけではない[ 7 ] 。マゼラン探査機のデータを用いて500日間にわたって測定された金星の自転周期は、マゼラン探査機とビーナス・エクスプレス探査機の間の16年間に測定された自転周期よりも短く、その差は約6.5分である。[ 8 ]過去には、金星の逆行自転を説明するために、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、軌道の離心率によって3:2の自転軌道共鳴状態に入っているため、潮汐ロックされていません。水星の順行自転は十分に遅いため、離心率によって近日点付近では角軌道速度が角自転速度を上回り、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との潮汐力の影響を受けますが、水星や金星のように平衡状態には達していません。これは、地球と火星が太陽から遠く離れており、潮汐力が弱いためです。太陽系の巨大ガス惑星は質量が大きすぎ、太陽から遠すぎるため、潮汐力によって自転が遅くなることはありません。[ 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公転しているが、一部は逆行自転をしている。冥王星は逆行自転をしており、自転軸の傾きは約120度である。[ 10 ]冥王星とその衛星カロンは潮汐固定されている。冥王星の衛星系は大規模な衝突によって形成されたと考えられている。[ 11 ] [ 12 ]
惑星が形成される際に惑星の重力場内で形成された衛星は、惑星の自転と同じ方向に惑星の周りを公転し、正統衛星となる。別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、最初に惑星の自転方向に向かっている側か、自転方向から遠ざかる側かによって、逆行軌道または順行軌道のいずれかに捕らえられる。これは不規則衛星である。[ 13 ]
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のに対し、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描いている。 [ 14 ]土星のフェーベ環の粒子は、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、ある程度潮汐減速の影響を受ける。太陽系内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ある。他の逆行衛星はすべて遠方の軌道にあり、惑星との間の潮汐力は無視できるほど小さい。
ヒル球内では、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大きい。これは、木星の周囲に逆行衛星が多数存在する理由として提案されている。しかし、土星に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。[ 15 ]
ハイペリオンを除いて、太陽系に存在する既知の規則的な惑星の自然衛星はすべて、主惑星に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公転しているため、太陽に対する自転は主惑星と同じです。つまり、天王星の衛星を除いて、すべて太陽に対して順行自転をしているということです。
衝突が起こると、物質はあらゆる方向に放出され、順行または逆行の衛星に合体する可能性があり、これは準惑星ハウメアの衛星の場合にも当てはまるかもしれないが、ハウメアの自転方向は不明である。[ 16 ]
多くの小惑星は太陽の周りを順行軌道で公転している。一方、逆行軌道で公転している小惑星は、およそ100個しか知られていない。
逆行軌道を持つ小惑星の中には、燃え尽き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[ 18 ]。
小惑星はサイズが小さく、地球からの距離も大きいため、望遠鏡でほとんどの小惑星の自転を解析することは困難です。2012年現在、データが利用可能な小惑星は200個未満であり、極の向きを決定するさまざまな方法によって大きな不一致が生じることがよくあります。[ 19 ]ポズナン天文台の小惑星スピンベクトルカタログ[ 20 ]では、「逆行回転」または「順行回転」という表現の使用を避けています。これは、どの基準面を指しているのかによって異なり、小惑星の座標は通常、小惑星の軌道面ではなく黄道面に対して与えられているためです。 [ 21 ]
衛星を持つ小惑星、別名二重小惑星は、小惑星帯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非常に速く回転し、分裂することによって形成されたと考えられている。[ 22 ] 2012年現在、回転方向が分かっている小惑星の衛星はすべて、小惑星の自転方向と同じ方向に公転している。[ 23 ]
軌道共鳴してい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公転しているが、木星や土星と共鳴している逆行小惑星がいくつか発見されている。[ 24 ]
オールトの雲から来た彗星は、小惑星よりも逆行する可能性が高い。[ 17 ]ハレー彗星は太陽の周りを逆行軌道で公転している。[ 25 ]
ほとんどのケンタウルス族は太陽の周りを順行軌道で公転している。逆行軌道を持つ最初のケンタウルス族は20461 Dioretsaである。[26] 逆行軌道を持つ他の既知のケンタウルス族には、2004 NN 8、2012 TL 139、( 434620 ) 2005 VD、2006 BZ 8 、および2006 RJ 2がある。これらの軌道はすべて傾斜角が大きく、傾斜角は160～180°の範囲である。[ 27 ]
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公転している。逆行軌道を持つことが発見された最初の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大きく傾いており、傾斜角は100°～125°の範囲である。
太陽の周りを逆行軌道で公転する流星体は、順行軌道の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、太陽から遠ざかる側の地球（つまり夜間）に衝突する可能性が高い。一方、順行軌道の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、太陽に面した側の地球に衝突する傾向がある。ほとんどの流星体は順行軌道である。[ 31 ]
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る。数百年ごとにこの運動は順行と逆行の間で切り替わる。 [ 32 ]
地球の大気中における逆行運動、すなわち逆行運動は、一般的な地域気流の方向とは逆の動きをする気象システムに見られる。つまり、偏西風に逆らって東から西へ、あるいは貿易風の東風を通って西から東へ動く場合である。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や金星の上部対流圏に見られる。シミュレーションによると、冥王星の大気は自転に逆行する風が支配的であるはずだ。[ 33 ]
低軌道を目指す人工衛星は、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、通常は順行方向に打ち上げられます（この効果を得るには赤道付近の打ち上げ場所が最適です）。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、地中海上空を西向きの逆行方向に打ち上げられます。
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、円盤とそこから生じる惑星は、恒星の周りを傾斜軌道または逆行軌道で公転することがあります。 [ 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、別の惑星とのニアミス衝突[ 1 ]によっても生じる可能性があります。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、恒星自体が系形成の初期にひっくり返っ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る。これは、逆回転する降着円盤の最初の既知の例である。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可能性が高い。[ 36 ]
WASP-17bは、恒星の自転方向とは逆方向に公転していることが発見された最初の系外惑星でした。 [ 37 ]そのわずか1日後に、2番目のそのような惑星であるHAT-P-7bが発表されました。[ 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、6つは逆向きの軌道を持っていた。[ 2 ]ホットジュピターは、摂動がより頻繁に起こり、近隣の星による惑星の重力捕獲が可能な高密度の星団で形成される傾向があるという説明が提案されている。[ 39 ]
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を決定する主な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、衝突は3次元のどの方向からでも等しく起こりうる。この結果、集積した惑星の自転軸の傾きは0度から180度まで変化し、どの方向からでも等しく起こりうるため、順行自転と逆行自転の両方が等しく起こりうる。したがって、金星を除く太陽系の地球型惑星によく見られる、自転軸の傾きが小さい順行自転は、一般的に地球型惑星には見られない。[ 40 ]
人間の視覚から見ると、星の並びは空に固定されているように見える。これは、地球からの距離が非常に大きいため、肉眼では動きが感知できないからである。実際には、星は銀河の中心を公転している。
円盤銀河の一般的な回転に対して逆行軌道を持つ星は、銀河円盤よりも銀河ハローで見つかる可能性が高い。天の川銀河の外側ハローには、逆行軌道を持つ球状星団[ 41 ]や、逆行またはゼロ回転を持つ球状星団[ 42 ]が多数存在する。ハローの構造は、現在も議論が続いている。いくつかの研究では、2つの異なる成分からなるハローを発見したと主張している[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]。これらの研究では、内側の金属量の多い順行成分（つまり、星は平均して円盤の回転で銀河を周回する）と、外側の金属量の少ない逆行成分（円盤に逆らって回転する）からなる「二重」ハローを発見している。しかし、これらの発見は、このような二重性に反対する他の研究[ 46 ] [ 47 ]によって異議を唱えられている。これらの研究は、改良された統計分析を用い、測定の不確実性を考慮に入れることで、観測データは二重性を必要とせずに説明できることを示している。
近くにあるカプテイン星は、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になったと考えられている。 [ 48 ]
銀河団内の銀河の接近通過や合体は、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公転する小さな衛星銀河を作り出す可能性がある。 [ 49 ]
天の川銀河の回転に対して逆行方向に公転していた複合体Hと呼ばれる銀河が、天の川銀河と衝突している。[ 50 ] [ 51 ]
NGC 7331は、おそらく落下する物質の結果として、円盤の残りの部分とは逆方向に回転するバルジを持つ銀河の一例である。[ 52 ]
ほとんどの大きな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（自転が円盤の自転と逆方向のブラックホール）は、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。順行ブラックホールにはジェットが全くない場合もある。科学者たちは、降着円盤の内縁とブラックホールの間のギャップに基づいて、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作成した。[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]