A ressonância orbital é, em astronomia , a situação em que as órbitas de dois objetos celestes e em revolução em torno de um centroide comum, têm períodos de revolução e comensuráveis , ou seja, cuja razão é um número racional . É um caso especial de ressonância mecânica, também chamada de ressonância de movimento médio . A ressonância orbital é comumente observada onde e são dois números inteiros .
Por exemplo, no Sistema Solar , o planeta anão Plutão ressoa 2: 3 com o planeta Netuno , ou seja, Plutão faz duas voltas ao redor do Sol enquanto Netuno faz três. Esta ressonância é estável: uma perturbação da órbita de Plutão seria corrigida pela atração de Netuno.
A ressonância orbital não deve ser confundida com a ressonância spin-órbita, que é a situação em que o período de rotação e o período de revolução do mesmo objeto celeste são comensuráveis.
Quando mais de dois objetos estão em ressonância, como no caso das três luas galileanas de Io , Europa e Ganimedes , falamos de ressonância de Laplace .
Desde a publicação das leis de Newton , o problema da estabilidade das órbitas preocupou muitos matemáticos como Laplace ou Poincaré (tese “Sobre o problema dos três corpos e as equações da dinâmica”). Como a solução do problema dos dois corpos não leva em consideração as interações mútuas entre os planetas , pequenas interações certamente se acumularão e, eventualmente, mudarão as órbitas; ou então, resta descobrir novos mecanismos que mantenham a estabilidade do todo. Foi também Laplace quem encontrou as primeiras respostas para explicar a notável dança das luas de Júpiter . Podemos dizer que este campo de investigação se manteve muito ativo desde então e ainda há mistérios a serem elucidados (por exemplo, as interações de pequenas luas com as partículas dos anéis de planetas gigantes ).
Em geral, a ressonância pode:
A influência gravitacional periódica dos planetas (ou luas) pode desestabilizar suas órbitas. Isso explica a existência de "faixas proibidas" no cinturão de asteróides, nas quais o número de corpos é consideravelmente menor. Diz-se que essas faixas, chamadas de vacâncias de Kirkwood , foram criadas por uma ressonância com a órbita de Júpiter, que teria causado a ejeção de corpos ali.
A ressonância pode ter o efeito oposto: pode estabilizar as órbitas e proteger certos corpos de distúrbios gravitacionais. Assim, Plutão e os outros plutinos são protegidos de serem ejetados de sua órbita por uma ressonância 2: 3 com o planeta gigante Netuno . Outros objetos no cinturão de Kuiper também estão em outras ressonâncias com este planeta: 1: 2, 4: 5, etc. No cinturão de asteróides principal, as ressonâncias estáveis 3: 2 e 1: 1 são ocupadas pelo grupo Hilda e pelos asteróides troianos de Júpiter, respectivamente .
Quando vários objetos têm seus períodos orbitais em proporções feitas de inteiros simples, falamos de ressonância de Laplace . Este é o caso com as luas de Júpiter , Ganimedes , Europa e Io que estão em uma ressonância 1: 2: 4.
As proporções dos períodos de revolução dos planetas do sistema solar (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte; Júpiter, Saturno, Urano, Netuno) são aproximadamente as seguintes:
Por causa de seu caráter instável e aproximado, não falamos propriamente de ressonância para esses planetas.
Existem objetos cujas órbitas estão em ressonância de movimento médio 1: 1 . Estes são os Trojans , os quase-satélites e os coorbitores em órbita em ferradura .
Existem apenas cinco dessas ressonâncias para os principais planetas ou luas do sistema solar (muitas mais para asteróides , anéis e pequenos satélites):
O sistema plutoniano está próximo de um sistema de ressonância muito complexo: Plutão: Caronte: Estige: Nix: Kerberos: Hidra ≈ 1: 1: 3: 4: 5: 6 (em termos do período em torno do baricentro do sistema plutoniano).
As relações simples e inteiras entre os períodos de revolução escondem relações mais complexas:
A título de ilustração, para a famosa ressonância Io-Europa 2: 1, se os períodos de revolução estivessem realmente nesta proporção exata, os movimentos médios (inverso do período) satisfariam a seguinte equação:
No entanto, ao verificar os dados, obtemos −0,739 5º dia −1 , um valor muito grande para ser esquecido.
Na verdade, a ressonância é exata, mas também deve incluir a precessão do periapsia. A equação corrigida (que faz parte das relações de Laplace) é
Em outras palavras, o movimento médio de Io é bem o dobro do da Europa, levando em consideração a precessão do periastro. Um observador localizado no periapsis teria visto as luas chegando à conjunção no mesmo lugar. As outras ressonâncias satisfazem equações semelhantes, exceto para o par Mimas-Tethys. No último caso, a ressonância satisfaz a seguinte expressão
O ponto de conjunção oscila em torno de um ponto a meio caminho entre os nós das duas luas.
A ressonância mais notável, a dos três satélites galileanos , inclui a relação que restringe a posição das luas em suas órbitas:
onde são as longitudes médias das luas. Essa restrição torna impossível uma conjunção tripla das luas. O gráfico ilustra as posições das luas após 1, 2 e 3 períodos de Io.
Essa ressonância é estável.