Jika Sistem Suria dilihat dari atas kutub utara Matahari, kebanyakan planet berputar pada arah yang sama dengan peredarannya mengelilingi Matahari. Zuhrah ialah pengecualian yang ketara. Planet itu mengambil kira-kira 243 hari Bumi untuk melengkapkan satu putaran relatif kepada bintang jauh, dan putarannya bersifat putaran songsang.
Keadaan ini menghasilkan sesuatu yang pelik bagi pemerhati di permukaan Zuhrah: Matahari secara umum akan terbit di barat dan terbenam di timur. Namun mengetahui bagaimana Zuhrah berputar sekarang tidak sama dengan mengetahui mengapa sejarah putarannya menjadi begitu.
Putaran dan peredaran ialah dua gerakan berbeza
Zuhrah beredar mengelilingi Matahari sekali dalam kira-kira 224.7 hari Bumi. Pada masa yang sama, planet itu berputar pada paksinya dengan tempoh purata kira-kira 243 hari Bumi. Angka ini sering menghasilkan ayat bahawa "sehari di Zuhrah lebih panjang daripada setahun", dan ayat itu betul hanya jika "sehari" bermaksud hari sidera, iaitu tempoh satu putaran relatif kepada bintang jauh.
Hari suria ialah perkara lain. Disebabkan Zuhrah berputar songsang sambil bergerak mengelilingi Matahari, satu kitaran Matahari dari kedudukan tertentu di langit kembali ke kedudukan yang sama mengambil kira-kira 117 hari Bumi. Jadi, 243 hari dan 117 hari bukan dua ukuran yang bercanggah, kerana kedua-duanya mengukur kitaran yang berbeza.
Apakah maksud "terbalik"?
Kita memerlukan arah rujukan untuk menyebut sesuatu putaran sebagai biasa atau songsang. Zuhrah mengorbit Matahari pada arah yang sama seperti kebanyakan planet, tetapi putaran jasad pepejalnya berlaku pada arah bertentangan, dan keadaan ini disebut putaran songsang.
Satu lagi cara menerangkannya ialah melalui paksi putaran. Jika orientasi putaran dinyatakan dengan konvensyen tertentu, paksi Zuhrah hampir bertentangan dengan arah paksi planet yang berputar progred. Kajian dinamik sering menerangkannya sebagai kecondongan yang hampir 180°, manakala sesetengah penerangan awam menggunakan kecondongan kecil sekitar 3° bersama konvensyen kutub yang berbeza. Kedua-dua penerangan boleh merujuk kepada geometri fizikal yang sama jika konvensyennya dinyatakan dengan jelas.
Mengetahui putaran tidak bermaksud mengetahui sejarahnya
Kadar dan arah putaran Zuhrah dapat diukur, tetapi persoalan yang lebih sukar ialah bagaimana keadaan itu terbentuk. Sistem Suria berusia berbilion tahun dan tiada instrumen yang merekodkan putaran Zuhrah ketika planet baru terbentuk. Ahli sains mesti bermula dengan keadaan yang boleh diukur sekarang, menggunakan hukum fizik, kemudian menguji sama ada model evolusi tertentu mampu menghasilkan keadaan hari ini.
Salah satu proses penting ialah pasang surut graviti akibat tarikan Matahari. Zuhrah bukan jasad tegar yang sempurna, jadi tarikan graviti boleh menghasilkan ubah bentuk kecil dan tork yang memindahkan momentum sudut. Dalam tempoh yang sangat panjang, tork pasang surut boleh mengubah kadar putaran planet. Kajian klasik menunjukkan bahawa pasang surut pada jasad Zuhrah sahaja cenderung memperlahankan putarannya menuju keadaan yang lebih hampir kepada putaran segerak jika tiada tork lain bertindak. Tetapi Zuhrah mempunyai satu lagi ciri penting, iaitu atmosfera yang sangat tebal.
Atmosfera juga boleh menolak planet
Cahaya Matahari memanaskan atmosfera Zuhrah secara tidak seragam. Pemanasan berkala ini menghasilkan pasang surut terma atmosfera, iaitu perubahan tekanan dan pergerakan atmosfera yang tersusun mengikut pemanasan suria. Atmosfera mempunyai jisim, jadi taburan jisim atmosfera yang berubah boleh berinteraksi secara graviti dengan Matahari dan menghasilkan tork pada planet.
Ini menjadikan evolusi putaran Zuhrah suatu persaingan antara beberapa kesan. Pasang surut pada jasad pepejal cenderung mengubah putaran dengan satu cara, manakala pasang surut terma atmosfera boleh memberikan tork yang berbeza. Model dinamik menunjukkan bahawa persaingan ini boleh menghasilkan beberapa keadaan putaran keseimbangan, termasuk keadaan progred dan songsang bagi planet yang mempunyai atmosfera tebal seperti Zuhrah. Ini lebih tepat daripada mengatakan bahawa atmosfera menyebabkan Zuhrah berpusing terbalik, kerana model hanya menunjukkan atmosfera boleh menjadi sebahagian penting daripada evolusi putaran, dan sejarah sebenar planet tidak dapat dibaca terus daripada keadaan akhirnya sahaja.
Adakah Zuhrah pernah "terbalik"?
Satu gambaran popular mengatakan Zuhrah mungkin pernah berputar seperti Bumi sebelum paksi planet terbalik. Kemungkinan evolusi paksi memang telah dikaji, termasuk kesan geseran dalaman, pasang surut dan evolusi kecondongan, tetapi ia bukan satu-satunya laluan dinamik yang mungkin. Kajian oleh Alexandre Correia dan Jacques Laskar menunjukkan bahawa planet terestrial yang mempunyai atmosfera tebal seperti Zuhrah boleh berevolusi menuju beberapa keadaan putaran akhir bergantung pada dinamik pasang surut dan keadaan awal. Dengan kata lain, keadaan songsang hari ini tidak semestinya memerlukan satu peristiwa mudah yang membalikkan seluruh planet secara tiba-tiba.
Perlanggaran besar pada zaman awal Sistem Suria juga kadang-kadang dikemukakan dalam perbincangan tentang putaran planet. Perlanggaran memang mampu mengubah momentum sudut planet secara prinsip, tetapi bagi Zuhrah, kita tidak mempunyai bukti yang membolehkan satu perlanggaran tertentu ditetapkan sebagai penjelasan muktamad kepada putaran songsangnya.
Atmosfera dan permukaan saling bertukar momentum
Hubungan antara atmosfera dengan putaran Zuhrah bukan sekadar teori tentang masa lampau. Pengukuran radar dari Bumi antara 2006 hingga 2020 mendapati purata hari sidera Zuhrah sekitar 243.0226 hari Bumi, tetapi tempoh putaran jasad pepejal itu berubah sedikit, dengan variasi sekitar 20 minit dalam data tersebut. Penyelidik mengaitkan variasi ini dengan pertukaran momentum sudut antara atmosfera dan planet pepejal.
Gelombang atmosfera juga boleh mengenakan tork pada permukaan. Simulasi menunjukkan bahawa gelombang gunung, pasang surut terma dan gelombang atmosfera lain boleh menyumbang kepada perubahan kecil kadar putaran jasad pepejal Zuhrah. Ini memberikan contoh penting dalam sains planet: atmosfera bukan hanya lapisan gas pasif, kerana pada planet yang mempunyai atmosfera sangat tebal dan berjisim besar, atmosfera dan jasad pepejal boleh bertukar momentum sudut.
Bagaimanakah ahli astronomi mengetahui bahawa Zuhrah berputar songsang?
Mengapakah tempoh putaran Zuhrah sekitar 243 hari tetapi hari surianya sekitar 117 hari Bumi?