1. 개요
2. 상세
모체의 조석력에 의해 그 모체를 도는 천체의 모양은 타원체로 변형되게 되는데, 이때 장축(타원의 가장 긴 부분)이 모체와 그 천체를 연결하는 선을 벗어나면 모체의 중력에 의한 회전력이 작용한다. 이러한 현상이 계속되어 결국 모체를 도는 천체의 조석은 모체 쪽으로 고정되고, 따라서 공전주기와 자전주기가 같아지게 되는 것이다. 조석력, 또는 기조력은 천체가 타원체로 변형되는 정도가 클수록, 또 천체와 공전 모체의 거리가 가까울수록 더 크게 작용할 수밖에 없는데[1], 이 때문에 모체 항성과 공전하는 거리가 먼 행성들보다는 모체 행성과 공전하는 거리가 가까운 위성들이 주로 조석 고정된다. 또한 천체의 재질의 탄성계수가 작아서 타원체 변형이 잘 될 경우 기조력에 의한 영향을 보다 크게 받는다.3. 달의 동주기 자전
이론적으로 공전주기와 자전주기가 일치할 경우 타원체 변형에 의해서 돌림힘이 작용하지 않고, 자전이 공전보다 주기가 짧거나 길수록 조석력이 강력하게 발생하게 되어 자전 주기에 미치는 영향이 커진다. 결국 모든 천체는 수명이 다하거나 주위 항성에게 집어삼켜지지 않는다면 언젠가는 자전주기가 점점 변하다가 결국 공전주기와 일치하게 된다는 것. 이것이 완료되면 조석 고정되었다고 한다. 단, 주변에 이를 중력으로 흐뜨려줄 다른 천체가 가까이 있는 경우에는 해당되지 않는다.[2] 지구와 달의 동주기 자전과 조석고정을 일례로 다루어 볼수있다. [3][4]4. 예시
위성: 태양계의 거의 모든 위성들은 동주기 자전을 하며, 동주기 자전을 하지 않는 위성을 찾는 것이 힘들다.- 지구의 위성
- 화성의 위성
- 목성의 위성
- 토성의 위성
- 판, 다프니스, 아틀라스, 프로메테우스, 판도라, 에피메테우스, 아에가에온, 야누스, 미마스, 안테, 메토네, 팔레네, 엔셀라두스, 테티스, 텔레스토, 칼립소, 디오네, 헬레네, 폴리데우케스, 레아, 타이탄, 히페리온, 이아페투스
- 천왕성의 위성
- 해왕성의 위성
- 명왕성 자체와 그 위성 카론[6]
동주기 자전을 하지 않는 태양계 내 가스 행성들의 위성은 대부분 포획된 불규칙 위성(Irregular moon)들이며, 그마저도 현재 직접 확인된 것들 중에서는 포에베와 네레이드 이 두 개밖에 없다.[7] 규칙 위성(Regular moon)들 중에 동주기 자전을 하지 않는 위성은 토성의 위성인 히페리온 딱 한 개만 확인되었다.[8]
태양계 내의 행성들은 동주기 자전을 하는 경우가 없지만 다른 행성계에서는 동주기 자전을 할 것이라 추측되는 행성들이 몇 개 있다. 글리제 581나 TRAPPIST-1의 행성들이 동주기 자전을 할 것으로 추측된다.
대부분의 쌍성들도 서로 동주기 자전을 할 것이라고 추측된다.
지구와 달이 적색거성이 된 태양에 휩쓸리지 않는다면 약 500억 년 후에 동주기 자전을 할 것으로 예상된다.[9] 쉽게 말해, 달처럼 지구의 한 쪽면은 항상 태양을 향해 불타는 대지가 될 것이며, 반대 쪽면은 태양빛을 받지 못해 얼음투성이가 될 것이다. 그런데 인류의 개입이 없는 한 지구는 10억 년만 지나도 생명체가 생존할 수 없는 환경이 될 것이다. 물론 그 전에 인류는 신적인 존재가 되거나 멸망하겠지만.
게임 Kenshi의 배경은 밤이나 낮이나 하늘의 고정된 위치에 대륙과 바다가 있는 지구형 행성이 떠있는 것으로 보아 동주기 자전 중인 위성이라고 추측되었고 개발자의 인터뷰에서 맞다고 인증되었다. 그 외로 Warhammer 40,000의 모디안 아이언 가드의 모성 또한 이렇다. 스타트렉에 등장하는 로뮬러스의 형제 행성 레무스 역시 동주기 자전을 하는 행성으로 보인다.
5. 함께 보기
[1] 거리가 아주 멀다면 행성 자체 반지름은 모체와의 거리에 비했을 때 무시 가능한 수준이 돼버린다. 행성 자체 반지름이 모체와의 거리에 비해 유의미할 수 있어야 기조력이 유의미해진다.[2] 달이 태양이 아닌 지구에 대해 조석고정되어있는 것을 생각해보면 된다.[3] Icarus Volume 281, 1 January 2017, Pages 90-102 , Coupled orbital-thermal evolution of the early Earth-Moon system with a fast-spinning Earth ,ZhenLiang Tian,Jack Wisdom,Linda Elkins-Tanton https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103516302780[4] \[MIT web\] Coupled orbital-thermal evolution of the early Earth-Moon system with a fast-spinning Earth ,ZhenLiang Tian,Jack Wisdom,Linda Elkins-Tanton ,Icarus Volume 281, 1 January 2017, Pages 90-102, DOI 10.1016/j.icarus.2016.08.030https://web.mit.edu/wisdom/www/coupled-moon.pdf[5] 유일하게 동주기 자전을 하는 것으로 알려진 불규칙 위성이다.[6] 카론뿐만 아니라 명왕성도 카론에게 조석 고정된 상태이므로, 두 천체는 서로를 마주보고 공전한다. 그냥 아령의 가운데를 잡고 돌린다고 생각하면 편하다.[7] 불규칙 위성들 중 대다수가 지상의 관측으로 발견된 것들이기 때문에 자전 주기를 측정할 수 없어 동주기 자전을 하는지 알 수 없다. 다만 트리톤을 제외한 대다수의 불규칙 위성들은 동주기 자전을 하지 않을 것이라 추측된다.[8] 히페리온은 일정한 자전주기가 없다. 큰 궤도 이심률과 위성 타이탄의 중력의 영향에 의해 자전축이 불안정해져서 자전주기가 불규칙적이다.[9] 출처: Murray, C.D. & Dermott, S.F. (1999). Solar System Dynamics. p. 184.