Có bất kỳ hành tinh nào được biết có trục được định hướng sao cho một cực luôn phải đối mặt với ngôi sao của nó không?

Trái đất quay quanh mặt trời và quanh trục của nó (Trục Bắc, Nam) cho chúng ta ngày, đêm và mùa.

Có bất kỳ hành tinh nào được biết quay với một trục hướng về mặt trời của nó để một nửa hành tinh luôn hướng về phía nó (nửa còn lại luôn quay mặt khỏi nó)? Giống như Thiên vương tinh, nhưng không chuyển đổi bên nào đang đối mặt với mặt trời cứ sau 6 tháng.

(Điều này thậm chí có thể về mặt lý thuyết là có thể?)

Điều này thậm chí sẽ có thể về mặt lý thuyết?

Không. Định luật bảo toàn động lượng góc ngăn cản điều này đối với một hành tinh có cấu trúc bên trong hợp lý trong trường hấp dẫn như thế quanh mặt trời.

Động lượng góc của hành tinh chỉ theo một hướng nhất định. Thay đổi hướng này đòi hỏi một mô-men xoắn vuông góc với trục quay.

Nếu một mô-men xoắn tồn tại có thể buộc trục quay của hành tinh luôn hướng về phía mặt trời, thì lực tương ứng phải có một thành phần vuông góc với đường thẳng từ mặt trời đến hành tinh. Lực lượng cũng phải thay đổi định kỳ theo quỹ đạo của hành tinh. Rõ ràng một lực như vậy không tồn tại trong hệ hành tinh-mặt trời.

Sao Thiên Vương có độ nghiêng dọc trục khoảng 98 độ , vì vậy tôi nghĩ rằng nó gần bằng với các hành tinh có độ nghiêng đã biết. Tuy nhiên, bạn sẽ không tìm thấy một cái có cực luôn luôn phải đối mặt với mặt trời, chỉ vì hình dạng của tình huống. Với Sao Thiên Vương, trong khoảng 1/4 của năm 84 (năm Trái đất), nó sẽ có một cực ít nhiều hướng về phía mặt trời, sau đó cho 1/4 tiếp theo, nó sẽ có cả hai cực đối diện với quỹ đạo của nó (cách xa mặt trời), sau đó 1/4 tiếp theo nó sẽ có cực đối diện với mặt trời, sau đó cho 1/4 cuối cùng, nó sẽ có cả hai cực quay mặt đi một lần nữa. Đây là một chút đơn giản hóa quá mức, nhưng nó nắm bắt được ý tưởng chung.

Nói cách khác, hai cực chỉ cùng một hướng trong không gian ** và đối với một phần quỹ đạo của nó, một cực hoặc cực kia đang hướng nhiều hơn hoặc ít hơn vào mặt trời, nhưng trong các khoảng thời gian ở giữa nó sẽ quay mặt đi. Nếu bạn muốn một hành tinh luôn có cùng một mặt hướng về mặt trời, nó phải quay với cực Bắc / Nam tương tự Trái đất và nó cần "ngày" của nó để chính xác bằng "năm" của nó. Không có hành tinh nào trong hệ mặt trời của chúng ta làm điều này, tuy nhiên nhiều mặt trăng làm được. Mặt trăng của Trái đất, cũng như tất cả các mặt trăng chính của Sao Mộc và Sao Thổ làm điều này. Điều này được gọi là khóa thủy triều . Lưu ý rằng Sao Thủy nằm trong danh sách tôi đã liên kết, nhưng nó không bị khóa hoàn toàn, nó nằm trong cộng hưởng 2/3.

** Có một chút chao đảo do suy đoán , nhưng điều này xảy ra trong quy mô thời gian dài và không thay đổi bởi một số lượng lớn.

(Điều này thậm chí có thể về mặt lý thuyết là có thể?)

Tôi rất nghi ngờ nó. Những gì bạn đang đề xuất sẽ liên quan đến những thay đổi đáng kinh ngạc về động lượng góc trong quá trình một quỹ đạo. Trong kịch bản mà bạn đề xuất, vectơ động lượng góc cho hành tinh (hướng của cực bắc của nó) bắt đầu chỉ theo một hướng. Sáu tháng sau, giờ nó chỉ theo hướng ngược lại . Vì động lượng góc là một đại lượng vectơ, điều đó sẽ đòi hỏi một lượng lớn mô-men xoắn và năng lượng để đạt được. Và sau đó bạn phải làm lại điều tương tự cho nửa sau của quỹ đạo, và lặp lại toàn bộ mọi thứ trên mỗi quỹ đạo.

Về lý thuyết, không có lý do tại sao một hành tinh không thể quay gần với cách bạn đề xuất. Nó có thể rất hiếm, nhưng về mặt lý thuyết là có thể. Điều này có một chút khó khăn để giải thích, nhưng một trục quay có thể được chia thành các vectơ vuông góc. Không có lợi ích thực sự khi làm theo cách đó nhưng có thể được thực hiện, giống như hướng và vận tốc có thể được tách thành 3 vectơ, xoay cũng có thể, và sự kết hợp của các vectơ vuông góc mang lại cho bạn sự quay của vật thể và đó là trục quay . Điều đó đã được thảo luận chi tiết hơn một chút ở đây .

Nếu chúng ta sử dụng Mặt trăng làm ví dụ. Mặt trăng được định hướng để mặt nặng hơn vĩnh viễn hướng về Trái đất. (phía của Mặt trăng đối diện với Trái đất có lớp vỏ mỏng hơn và vì lớp vỏ này nhẹ hơn lớp phủ, "phía Trái đất" của Mặt trăng có mật độ lớn hơn một chút so với phía Xa. Mật độ đó thu hút Trái đất nhiều hơn so với Trái đất. Ít dày đặc hơn về phía xa và theo thời gian, mặt dày đặc của Mặt trăng được định hướng để đối mặt vĩnh viễn với trái đất, tương tự như cách mặt dày đặc của một vật thể trôi xuống dưới khi trôi nổi trong nước.

Tất cả các hành tinh, không phải là những quả cầu hoàn hảo với mật độ phân lớp hoàn hảo sẽ không cân bằng nhưng Mặt trăng bị lệch nhiều hơn hầu hết. Sao Hỏa nhiều hơn các hành tinh còn lại. Trọng lực không đồng đều của Trái đất đã được đo rất chi tiết, nhưng về mặt ảnh hưởng đối với quỹ đạo và chuyển động của Trái đất, lực hấp dẫn không đồng đều của nó là không đáng kể.

Bây giờ một số vật thể trải qua biến dạng thủy triều đáng kể , như Io và Enceladus bị nén chặt bởi quỹ đạo hình elip của chúng khi chúng di chuyển đến gần và xa hơn từ các hành tinh của chúng, nhưng đó là một thứ khác và bạn có thể không muốn điều đó trên hành tinh như hiệu ứng núi lửa sẽ là quá lớn Nhưng những gì tôi đang nói không phải là một khối thủy triều mà là sự mất cân bằng vĩnh viễn về khối lượng trong đó một bên của Mặt trăng dày đặc hơn bên kia.

Vì vậy, nếu chúng ta hình dung mặt dày đặc của Mặt trăng phải luôn hướng về Trái đất do khóa thủy triều, nó vẫn để một cách mà Mặt trăng có thể xoay mà không ảnh hưởng đến khóa và đó là theo đường kinh độ 90 độ , và theo lý thuyết, có thể xảy ra cùng với vòng quay đồng bộ hiện có của nó giữ cho mặt nặng của Mặt trăng hướng về trái đất.

Đây sẽ không phải là hai trục quay, nó sẽ là một trục quay trong đó vectơ Đông-Tây của vòng xoay vẫn bị khóa chặt nhưng xoay quanh đường kinh độ 90 độ sẽ không can thiệp vào khóa thủy triều, vì vậy hiệu ứng, khuôn mặt quen thuộc sẽ quay xung quanh thành một vòng tròn nhưng luôn luôn đối mặt với trái đất.

Về lý thuyết, chúng ta có thể làm điều đó một cách nhân tạo nếu chúng ta đặt một chuyến tàu lớn lên mặt trăng và chạy nó 24/7 theo cùng một hướng xung quanh đường kinh độ 90 độ. Làm điều đó đủ lâu và mặt trăng sẽ bắt đầu quay.

Nhưng để một kịch bản như vậy thực sự tồn tại, bạn cần rất nhiều may mắn, bởi vì các lực có xu hướng khóa chặt một hành tinh hoặc mặt trăng cũng có xu hướng giảm bất kỳ phép quay nào khác ngoài xoay vòng được khóa theo tỷ lệ 1: 1 đồng bộ.

Một vấn đề khác là phình xích đạo là hậu quả của việc quay, có xu hướng có khối lượng lớn hơn và muốn tự hướng về hành tinh, vì vậy để làm việc này, bạn cần một vòng quay chậm và một chỗ phình xích đạo nhỏ trong đó khối lượng được thêm vào xung quanh phình xích đạo đủ nhỏ để không làm thay đổi hướng của phía nặng hơn của hành tinh.

Bây giờ không khó để tưởng tượng một hành tinh không bị khóa chặt chỉ có vận tốc và vị trí quỹ đạo phù hợp để làm những gì bạn muốn, nhưng trong một kịch bản như vậy không có khóa thủy triều, nó sẽ là tạm thời. Các hành tinh quay có xu hướng chậm lại theo thời gian, do đó, việc kết hợp hoàn hảo mà không bị khóa thủy triều sẽ là ngẫu nhiên và tạm thời. Nhiều khả năng bạn có một vòng quay rất chậm, không phải là một mặt vĩnh viễn đối diện với hành tinh, mà là một chuyển động rất từ ​​từ.

Không có hành tinh (hoặc mặt trăng) như bạn mô tả mà chúng ta biết. Đây có lẽ là một kịch bản cực kỳ khó xảy ra mà có lẽ chỉ gần đúng (hơi giống Thiên vương tinh).