גופים שמימיים רבים נעים בתיאום זה עם זה - אבל הקשר בין נאיאדה ותלסה הוא משהו שלא ראינו כמותו עד כה

כל כוכבי הלכת והירחים במערכת השמש משפיעים זה על זה באמצעות הכבידה שלהם, כך שאין פלא שחלקם נעים בצורה מסונכרנת ויציבה, שנקראת "תהודה מסלולית". מחקר חדש, שמבוסס על 35 שנים של תצפיות על כוכב הלכת נפטון, מגלה ששניים מהירחים שלו שומרים על דפוס תנועה משונה במיוחד, שבו מי שעומד על אחד מהם יראה את האחר כאילו הוא מתנודד בקו ישר מעלה-מטה.

תהודה מסלולית היא מצב שבו המסלולים של גופים שמימיים מסתנכרנים כך שמאפיין מסוים של המסלול שלהם, כמו זמן הקפה סביב השמש, קרוב ליחס של שני מספרים שלמים. למשל, על כל שלוש הקפות של נפטון סביב השמש, פלוטו מקיף אותה פעמיים (יחס של 2:3). מהבחינה הפיזיקלית המשמעות של המצב הזה היא שכוחות המשיכה שהגופים מפעילים זה על זה פועלים במחזוריות קבועה. התופעה הזאת נקראת תהודה.

אנו רגילים לחשוב על תנועת הגופים בשמיים כתנועה יציבה מאוד ועקבית. בפועל, גוף שמיימי מרגיש כוחות משיכה מכל הגופים סביבו, ולא רק מהשמש. בנוסף, הוא נע במסלול אליפטי ולא מעגלי, וצורתו אינה צורה כדורית מושלמת אלא פחוסה. כל הדברים האלה יוצרים הפרעות בשדה הכבידה ומעבירים תנע זוויתי (גודל פיזיקלי שמתאר את התנועה של אובייקט סביב נקודה מסוימת) בין גופים. התנע הזוויתי משפיע על המרחק מציר הסיבוב ועל אופי התנועה המעגלית, ולכן שינויים בגודלו יכולים לגרום לגופים להתרחק זה מזה או להתקרב. השאלה איך יעבור תנע זוויתי בין גופים ומה יהיה גודלו תלויה בכמה גורמים, למשל מהירות הסיבוב.

המרחק הזוויתי בין גרמי שמיים מוגדר כזווית בין הקווים שמחברים אותם לכוכב או לכוכב הלכת שאותו הם מקיפים. הנקודה שבה המרחק הזוויתי בין שני גופים הוא מזערי מכונה "נקודת המפגש". מצב של תהודה מסלולית עלול להיות מאוד לא יציב, אם בכל נקודת מפגש בין הגופים אחד מהם מעביר תנע זוויתי לגוף השני, כלומר תמיד יש אפקט חיובי או שלילי. התוצאה תהיה בסופו של דבר שהגופים יתרחקו זה מזה עד שכוחות המשיכה ביניהם יהיו חלשים עד כדי כך שלא ישפיעו יותר זה על זה, או שהם יתקרבו עד שיגיעו להתנגשות. ולכן זה נקרא מצב לא יציב. אם במפגש מסוים האפקט גורם לשינוי המסלול של הגופים כך שבמפגש הבא האפקט יהיה הפוך (למשל אפקט חיובי ואז שלילי וכך הלאה) מסלולי הגופים יסתנכרנו ויגיעו למצב יציב של שיווי משקל.

תהודה מסלולית היא מצב נפוץ מאוד במערכת השמש. נוסף על נפטון ופלוטו, גם שלושה מירחיו הגדולים של צדק - איו, אירופה וגנימדס - נמצאים בתהודה של 1:2:4. כלומר לעומת כל הקפה של גנימדס סביב צדק, אירופה מקיף אותו פעמיים ואיו מקיף אותו ארבע פעמים. באופן דומה, חמשת ירחיו של פלוטו נמצאים בתהודה של 1:3:4:5:6. בחגורת האסטרואידים, בין צדק למאדים, קיימים אזורים שצפיפות האסטרואידים בהם ירדה משמעותית עקב כוחות המשיכה שהפעיל עליהם צדק. האסטרואידים באזורים הללו הסתנכרנו עם זמן ההקפה של צדק סביב השמש ביחס של 1:3, 2:5, 3:7 או 1:2. 

מי שנמצא על נאידה יראה את תלסה עולה ויורד בשמיים - ולהיפך | איור: JPL/NASA
זה שעולה וזה שיורד - מי שנמצא על נאידה יראה את תלסה עולה ויורד בשמיים - ולהיפך | איור: JPL/NASA

הירחים של נפטון

מחקר חדש בהובלת מרינה ברוזוביץ' (Brozović) מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה (קלטק) בארצות הברית, מצא יחס תהודה ייחודי מאוד בין שניים מהירחים של נפטון, שהוא כוכב הלכת השמיני במערכת השמש. לנפטון יש 14 ירחים, והקרובים ביותר אליו - נאיאדה (Naiad) ותלסה (Thalassa) נמצאים ביחס תהודה של 69:73. כך נמצא אחרי 35 שנה של תצפיות טלסקופיות על נפטון מכדור הארץ. כשמוסיפים לכך את העובדה שהמסלולים שלהם נטויים במקצת זה לעומת זה, מתקבל דפוס תנועה מפליא במיוחד.

"יש סוגים שונים של 'ריקודים' שכוכבי לכת, ירחים ואסטרואידים יכולים לעשות, אך ריקוד כזה טרם ראינו", אמרה ברוזוביץ' בהודעה לעיתונות של מרכז המחקר JPL, של נאס"א. הייחוד שאליו היא מתייחסת הוא העובדה  שבנקודת המפגש שלהם נאיאדה נמצא מעל תלסה או מתחתיו. אדם היושב על תלסה יראה את נאיאדה זז מעלה ומטה

אם מודדים מהרגע שבו שניהם נמצאים על אותו מישור, במשך כמעט שנתיים נאיאדה יעלה מעל תלסה, יירד מתחתיו ויעלה מחדש לאותו מישור, וחוזר חלילה. כשנאיאד נמצא בדיוק מעל תלסה או מתחתיו, הפער ביניהם הוא כ-3,500 ק"מ, מרחק זעיר במיוחד בקנה מידה אסטרונומי. התהודה המסלולית ביניהם שומרת עליהם מפני כוחות המשיכה ההדדיים שלהם, שאלמלא כן היו עלולים להוביל להתנגשות ביניהם.

סרטון קצר של JPL על התהודה של נאידה ותלסה (הסברים באנגלית):