非弹性多层天体的潮汐同步：土卫六的同步自转

本文给出了一个针对具有任意数量均匀层的粘弹性多层天体的解析潮汐理论。从修正以包含潮汐和较差自转的静态平衡形状出发，利用牛顿蠕变方法，我们找到了变形天体的动力学平衡形状，这使得我们能够计算潮汐势和作用在引潮天体上的力，以及自转和轨道要素的变化。在两层模型的特定情况下，我们研究了当层间界面存在引力耦合和摩擦时的潮汐同步。对于高弛豫因子（低粘滞度），当轨道为圆形时，每层的稳态解与轨道平均运动（n）同步，但如果轨道偏心率增加，自转速率会增大。对于低弛豫因子（高粘滞度），如行星卫星中的情况，如果摩擦保持较低，每层可能被捕获在不同的自转-轨道共振中，频率为n/2, n, 3n/2, ...。我们将该理论应用于土卫六。主要结果是：i）自转约束不允许我们确认或否定土卫六存在地下海洋；ii）壳层-大气角动量交换可以忽略。利用基于卡西尼观测的自转估计，当假设存在地下海洋时，我们将壳层弛豫因子的可能值限制在10^-9 Hz，这对应于壳层粘滞度10^18 Pa s，具体取决于海洋的厚度和粘滞度值。在海洋不存在的情况下，最大壳层弛豫因子小一个数量级，相应的最小壳层粘滞度高一个数量级。