行星被其卫星潮汐同步的初始条件

卫星与其宿主行星和恒星发生潮汐相互作用。近距离卫星会被行星迅速同步，或被捕获进入更高的自旋-轨道共振。然而，行星在卫星产生的潮汐影响下需要更长的时间才能显著改变其自转速率。对于近距行星，情况变得更加复杂，因为恒星产生的潮汐开始发挥作用并与卫星产生的潮汐竞争。行星被其卫星同步改变了整个恒星-行星-卫星系统的潮汐动力学，并可能导致长期稳定的构型。在本文中，我们证明要实现这一点必须满足特定的初始条件。基于角动量守恒，导出的条件是普适的，不依赖于行星的内部结构或潮汐耗散模型。它适用于衰减系统以及潮汐扩张轨道，也适用于初始逆行运动的情况。我们给出了特定行星-卫星系统（地球与月球；海王星与海卫一；金星及其假想的现已灭绝的卫星 Neith；火星、火卫一与火卫二；冥王星与冥卫一）的计算，以约束动力学上合理的形成与演化情景。除其他内容外，我们的分析引出了一个问题，即冥王星与冥卫一究竟是从最初更紧凑的构型（如通常假设的那样）还是从更宽的轨道演化至当前状态——这一主题将在别处详细讨论。我们的结果同样适用于系外行星。例如，如果探测到非同步的近距系外行星，应考虑被系外卫星潮汐同步的可能性。