Slapové uzamčení (někdy také nazývané zachycená rotace nebo synchronní rotace) nastává, když se astronomické těleso otočí kolem své osy právě za stejný čas, jaký potřebuje k oběhu kolem svého partnera. Výsledkem je, že k druhému tělesu směřuje stále stejná strana. Klasickým příkladem je Měsíc: vždy stejná strana Měsíce směřuje k Zemi.

Jak slapové uzamčení vzniká

Mechanismus je založený na slapových (tidálních) silách: gravitační přitažlivost většího tělesa deformuje menší těleso a vytváří tzv. slapový výstupek (bulge). Pokud je tento výstupek posunut vůči příčné spojnici obou těles (například protože se těleso otáčí rychleji než oběhne), vzniká z něj zrychlující nebo zpomalující moment (torque), který postupně mění rotační rychlost menšího tělesa. Energetické ztráty při vnitřním tření (dissipace) nakonec vedou k tomu, že rotace a oběh se synchronizují.

Faktory, které ovlivňují dobu uzamčení

  • vzdálenost mezi tělesy (semi-major axis) — doba uzamčení velmi silně závisí na vzdálenosti, typicky jako a^6;
  • hmotnosti obou těles — větší partner vyvolá silnější slapové síly;
  • poloměr a moment setrvačnosti uzamykajícího se tělesa;
  • vnitřní struktura a tuhost tělesa — popisují se parametry jako Loveovo číslo k2;
  • efektivní disipativita vnitřního materiálu, často vyjadřovaná kvalitativním faktorem Q (čím nižší Q, tím rychlejší disipace energie a kratší doba uzamčení);
  • počáteční rotační rychlost a excentricita oběžné dráhy — excentricita může vést k zachycení v rezonanci jiného typu než 1:1 (např. 3:2).

Praktický odhad doby uzamčení

Lze odvodit hrubý vzorec pro čas, za který se těleso despin–uzamkne. Jedna často citovaná forma vztahu je (zjednodušeně):

t_lock ≈ (ω a^6 I Q) / (3 G m_p^2 k2 R^5)

kde ω je počáteční úhlová rychlost rotace tělesa, a je poloosa orbity, I moment setrvačnosti tělesa (řádově ~0,4 m R^2 pro homogenní kouli), Q je faktor disipace, G gravitační konstanta, m_p hmotnost partnera, k2 Loveovo číslo a R poloměr uzavíraného tělesa. Tento vztah je orientační: výsledky jsou citlivé na přesné hodnoty Q a k2, které pro většinu těles známe jen přibližně.

Příklady

  • Měsíc je slapově uzamčen vůči Zemi — proto vidíme vždy stejnou stranu Měsíce. Kdyby se Měsíc vůbec netočil vzhledem k hvězdám (tj. měl nulovou vlastní rotaci), během oběhu by Zemi ukazoval střídavě svou blízkou a vzdálenou stranu; současné uzamčení vzniklo v minulosti v důsledku slapného brzdění.
  • Pokud mají obě tělesa podobnou hmotnost a nacházejí se blízko u sebe, může dojít k vzájemnému (dvojitému) uzamčení — to znamená, že obě tělesa stále ukazují k sobě stejné hemisféry. Příkladem je Pluto a jeho měsíc Charon.
  • Ne všechna zachycení jsou 1:1. Například Merkur je zachycen v 3:2 spin‑orbit rezonančním stavu (otočí se třikrát za každé dvě oběhy) kvůli své excentricitě.
  • U exoplanet, zejména u těsně obíhajících planet kolem slabších hvězd (např. kolem trpasličích hvězd), je vysoká pravděpodobnost slapového uzamčení. To má důsledky pro klima — trvale osvětlena a trvale tmavá polokoule — a tedy i pro obyvatelnost.

Důsledky slapového uzamčení

  • stálé denní a noční polokoule u synchronně rotujících planet, což ovlivňuje teplotní pole a atmosférický proudění;
  • možnost intenzivního slapového zahřívání u těles s excentrickou dráhou (příkladem je měsíc Io, kde slapné síly udržují sopečnou činnost);
  • u mořských světů může kombinace slapového zahřívání a vnitřní energie udržet podledovou oceán (např. u některých měsíců plynných obrů);
  • v dlouhém čase dochází k vzájemné výměně hybnosti mezi rotací a oběhem, což může postupně měnit délku dne a parametry oběhu.

Nejistoty a poznámky

Určení přesné doby, za jak dlouho dojde ke konkrétnímu slapovému uzamčení, je vždy pouze odhad. Hlavní neznámé jsou vnitřní vlastnosti těles (k2, Q), jejich teplotní a geologický stav a možná přítomnost kapalných vrstev nebo oceánů, které výrazně ovlivňují disipaci. Dále může do výsledku promluvit přítomnost dalších těles a složitější dynamika, jako jsou orbitální rezonance — slapové uzamčení je tedy úzce spjato s pojmem orbitální rezonance.