תנועה אחורית (אסטרונומיה)

תנועה אחורית (מכונה גם נסיגה) באסטרונומיה מתייחס לתופעה בה כוכבי הלכת נראים כאילו הם מחליפים את כוון תנועתם יחסית לכוכבי השבת באופן זמני ואז חוזרים שוב לכוון תנועתם המקורי (התנועה "הקדומנית" של כוכבי הלכת). התופעה הנובעת מהתנועה היחסית של כדור הארץ וכוכבי הלכת במהלכם סביב השמש. דורות של אסטרונומים קיבלו את ההסבר השגוי של תלמי לתנועה האחורית עד שניקולאוס קופרניקוס הסביר את התופעה כתוצאה של המודל ההליוצנטרי.

התופעה

המיקום של כוכבי השֶׁבֶת יחסית זה לזה נשאר קבוע על פני אלפי שנים, ולכן הם מציגים "מפת" שמיים קבועה מלילה ללילה. כוכבי הלכת לעומת זאת משנים את מיקומם בשמיים יחסית לכוכבי השבת ולשאר גרמי השמיים (לכן הם נקראים כוכבי לכת, וגם לפלנטה ביוונית משמעות דומה). כוכבי הלכת כמו השמש ושאר גרמי השמיים נראים "זורחים" במזרח ו"עורבים" במערב (בגלל סיבוב כדור הארץ סביב עצמו). אבל, אם משווים את המיקום של כוכב לכת יחסית לכוכבי השבת לילה אחרי לילה ניתן להבחין שכוכבי הלכת "גולשים" לאט לכוון מזרח של מפת השמיים (כלומר כל לילה הם יזרחו קצת יותר מאוחר יחסית לכוכבים שלידם). גלישה זאת (הנקראת התנועה ה"קדומנית") היא איטית ביותר ואי אפשר להבחין בה במהלך לילה אחד. מאדים למשל ישלים סיבוב שלם מזרחה על פני מפת השמיים במשך כמעט שנתיים. תופעה זאת נובעת מכך שכוכבי הלכת נעים כל לילה עוד קצת "מזרחה" במסלולם סביב השמש.

איור 1: תנועה אחורית של מאדים על פני מפת השמיים וחזרה לתנועה קדומנית

פעם בזמן מה (במחזור שאורכו כאורך המחזור הסינודי של כוכב הלכת) כוכב הלכת מאט את תנועתו מזרחה על פני מפת השמיים, נעצר (תופעה הנקראת עמידה), ומתחיל לנוע בכיוון ההפוך - כלומר מערבה על פני מפת השמיים. זאת היא התנועה האחורית (או הנסיגה) של כוכב הלכת. התנועה האחורית (כמו הקדומנית) היא איטית וניתן להבחין בה רק על ידי השוואת מיקום כוכב הלכת לשאר מפת השמיים מלילה ללילה. הנסיגה ממשיכה במשך כמה שבועות (בין 41 יום אצל מאדים ועד 158 יום אצל נפטון) ואז כוכב הלכת מאט שוב את תנועתו אחורנית, עומד שוב, וחוזר לתנועתו הרגילה מזרחה על פני מפת השמיים.

ההסבר לתופעה

איור 2:
T1,T2, ..., T5: מקומות של כדור הארץ
P1, P2, ..., P5: מקומות של כוכב הלכת
A1, A2, ..., A5: מקום הופעת כוכב הלכת על מפת השמיים

כל כוכבי הלכת סובבים את השמש כנגד כוון השעון אם מביטים על מערכת השמש מ"למעלה" (כלומר מהצד של הקוטב הצפוני של כדור הארץ). כך גם לגבי הסיבוב של רוב הירחים במערכת השמש סביב כוכבי הלכת שלהם, וגם לגבי סיבוב רוב הירחים וכוכבי הלכת סביב עצמם (מלבד נוגה המסתובב עם כוון השעון, ואורנוס, ופלוטו המסתובבים כמעט על צידם). זאת כנראה בשל האירוע היוצר המקורי המשותף למרכיבי מערכת השמש. מהירות הסיבוב של כוכב לכת סביב השמש הולכת וקטנה ככל שכוכב הלכת רחוק מהשמש. כך למשל, כדור הארץ מסתובב מהר יותר ממאדים, כוכב הלכת הבא אחריו, וגם מכל כוכבי הלכת הבאים (ההסבר להלן מתייחס למאדים אך נכון גם לשאר כוכבי הלכת הרחוקים מכדור הארץ). לכן למשל, כדור הארץ "עוקף" את מאדים במהלך סיבובם סביב השמש. בנקודת העקיפה, כלומר כשכדור הארץ נמצא בין השמש למאדים (מאדים מוגדר במצב זה כנמצא בניגוד), מאדים הוא במרחק הקצר ביותר מכדור הארץ עבורו - ולכן בלילה זה הוא בהיר ואף גדול מעט מהרגיל. כ-20 יום לפני העקיפה מאדים מתחיל את תנועתו האחורית, המסתימת כ-20 יום לאחר העקיפה. הסיבה לתנועה האחורית (המדומה) היא שלמרות שמאדים וכדור הארץ ממשיכים שניהם בזמן העקיפה בתנועתם קדימה כנגד כוון השעון סביב השמש, הרי שבזמן העקיפה מאדים נראה מכדור הארץ כנשאר מאחור - כלומר נע בכיוון ההפוך. כשכדור הארץ מתרחק מספיק ממאדים הוא נראה שוב כנע קדימה. ראו איור 2.

הסבר זה עבור מאדים תקף גם לגבי שאר כוכבי הלכת הרחוקים מהשמש יותר מכדור הארץ (צדק, שבתאי, אורנוס, ונפטון). זמן ההקפה סביב השמש גדול כל כך בכוכבים הרחוקים (כ-164 שנות ארץ במקרה של נפטון) שהמחזור הסינודי (בין מעקף אחד למשנהו, כלומר בין הופעות התנועה אחורה) מתקרב לאורך שנת ארץ (367.5 ימים עבור נפטון) כיוון שנפטון לא מתקדם הרבה במהלך השנה. בנוסף, ככל שכוכב הלכת רחוק יותר, כך המרחק שעושה כוכב הלכת במהלכו אחורנית ברקיע הולך וקטן (בגלל הפרספקטיבה), בעוד שמשך הזמן של המהלך אחורנית הולך וגדל (כחצי שנה במקרה של נפטון). ראו טבלה למטה.

תופעת התנועה האחורית מתרחשת גם אצל כוכבי הלכת הפנימיים, כלומר הקרובים יותר לשמש מכדור הארץ (כוכב חמה ונוגה). אבל התופעה בשיאה כאמור כאשר השמש וכוכב הלכת הם על אותו קו עם כדור הארץ, ובמקרה זה כאשר השמש מאחורי כוכב הלכת במבט מכדור הארץ (מצב התקבצות תחתונה). לכן תצפית על התופעה מכוון כדור הארץ חייבת להתבצע במהלך שעות היום. במצב זה הצד האפל של כוכב הלכת מופנה לכדור הארץ וגם הוא אינו ניתן להבחנה על רקע אור השמש הזוהר.

קבועי התנועה אחורה של כוכבי הלכת

כוכב לכת	מחזור סינודי בימים	מחזור סינודי בחודשים	משך התנועה האחורית - בימים
כוכב חמה	116	3.8	≈ 21
נוגה	584	19.2	41
מאדים	780	25.6	72
צדק	399	13.1	121
שבתאי	378	12.4	138
אורנוס	370	12.15	151
נפטון	367	12.07	158
כוכב לכת היפותטי במרחק גדול מאוד	365.25	12	182.125

איור 3: תנועה אחורית דמוית האות S (כשנסובב את האיור למצב אופקי) על פני מפת השמיים בזמן עקיפת כדור הארץ את מאדים (גם צורת לולאה היא אפשרית)

באיור 1 מאדים נראה כנע בלולאה במהלך העקיפה של כדור הארץ אותו. לעיתים צורת המסלול של מאדים בזמן העקיפה היא צורת האות S באנגלית. ראו איור 3. המופע יהיה בצורת לולאה או האות S בתלות במיקום כוכב הלכת יחסית לקו החיתוך בין מישורי הסיבוב של כוכב הלכת ושל כדור הארץ סביב השמש. אם כוכב הלכת קרוב מספיק לקו חיתוך זה בזמן המעקף אזי הוא ינוע בצורת S, אחרת הוא ינוע בצורת לולאה .

היסטוריה

המודל הגאוצנטרי של תלמי (כוכב חמה)

תופעת התנועה האחורית של כוכבי הלכת הייתה ידועה כבר לבבלים. המודל הגיאוצנטרי לפיו כל גרמי השמיים סובבים סביב כדור הארץ שהיה מקובל על רוב האסטרונומים עד ימי ניקולאוס קופרניקוס התקשה להסביר תופעה זאת, וגם תופעות נלוות כמו שינויים בבהירותם ומהירותם של כוכבי הלכת. כדי להסביר את אלה הציע האסטרונום אפולוניוס מפרגה במאה ה-3 לפנה"ס את מודל האפיציקלים לפיו כוכבי הלכת ממוקמים על מעגלים קטנים שמרכזם סובב על מעגל גדול המקיף את כדור הארץ. ראו איור 4. תאוריה זאת אומצה ופותחה על ידי היפרכוס מרודוס ועל ידי תלמי (שניהם אסטרונומים מהמאה ה-2 לפנה"ס) שתיאר אותה פורמלית בספרו אלמגסט שהיה מקובל אחר כך במשך מאות שנים. מודל זה הצליח לחזות את מסלולי כוכבי הלכת בדיוק הולך ומשתפר לאורך השנים אך במחיר של הוספת עוד ועוד אפיציקלים.

בשנת 1543 פורסם ספרו של ניקולאוס קופרניקוס בו הוא הציע את המודל ההליוצנטרי לפיו כדור הארץ ושאר כוכבי הלכת סובבים סביב השמש (הצעה שהועלתה כבר על ידי מספר אסטרונומים לפניו - כמו אריסטרכוס מסאמוס היווני, ואחריו אבן באג'ה האנדלוסי). מודל זה מפשט מאוד בין השאר את ההסבר לתופעת התנועה האחורית. למרות זאת קופרניקוס נאלץ להמשיך ולהשתמש באפיציקלים כדי להסביר את הסטייה של כוכבי הלכת ממסלול עגול מדויק. יוהאנס קפלר אחר כך שיפר את המודל כשהראה שכוכבי הלכת נעים במסלולים אליפטיים ולא עגולים סביב השמש.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תנועה אחורית בוויקישיתוף