Mengapakah Satu Hari di Utarid Lebih Panjang daripada Setahunnya?

Di Bumi, satu hari berlangsung kira-kira 24 jam, manakala satu tahun mengambil masa sekitar 365 hari. Oleh itu, kita biasa menganggap bahawa sehari jauh lebih pendek daripada setahun. Namun, keadaan di Utarid berbeza. Planet yang paling dekat dengan Matahari ini melengkapkan satu orbit dalam kira-kira 88 hari Bumi, tetapi satu hari surianya berlangsung sekitar 176 hari Bumi.

Perbezaan tersebut dapat difahami apabila kita membezakan putaran planet pada paksinya daripada pergerakan Matahari yang kelihatan di langit planet itu. Hubungan antara kedua-duanya dikenali sebagai resonans putaran-orbit, dan inilah kunci kepada keanehan hari di Utarid.

Dua cara mengukur panjang hari

Dalam astronomi, perkataan hari boleh merujuk kepada dua ukuran yang berbeza. Ukuran pertama ialah tempoh putaran paksi, iaitu masa yang diperlukan oleh planet untuk melengkapkan satu putaran relatif kepada bintang yang sangat jauh. Ukuran ini juga dikenali sebagai hari siderius. Ukuran kedua ialah hari suria, iaitu masa antara dua kejadian tengah hari suria yang berturutan, apabila Matahari kembali ke kedudukan arah yang sama di langit setempat.

Di Bumi, kedua-dua ukuran ini hampir sama. Tempoh putaran relatif kepada bintang jauh ialah kira-kira 23 jam 56 minit, manakala purata hari suria ialah 24 jam. Perbezaan kecil itu berlaku kerana Bumi turut bergerak mengelilingi Matahari ketika berputar pada paksinya. Di Utarid, perbezaannya jauh lebih besar: planet ini melengkapkan satu putaran paksi dalam kira-kira 58.6 hari Bumi, tetapi memerlukan sekitar 176 hari Bumi untuk melengkapkan satu hari suria.

Tiga putaran bagi setiap dua orbit

Utarid mengambil masa kira-kira 88 hari Bumi untuk mengelilingi Matahari sekali. Dalam tempoh yang sama, planet itu telah berputar kira-kira satu setengah kali pada paksinya. Selepas dua orbit, Utarid telah melengkapkan tiga putaran paksi. Hubungan inilah yang dinamakan resonans putaran-orbit 3:2.

Bayangkan satu tanda dilukis pada permukaan Utarid. Pada permulaan pemerhatian, tanda tersebut menghadap Matahari. Selepas Utarid melengkapkan satu orbit, planet itu telah berputar satu setengah kali, jadi tanda tersebut kini menghadap jauh daripada Matahari. Selepas orbit kedua, Utarid telah melengkapkan tiga putaran penuh dan tanda itu kembali menghadap Matahari.

Dalam gambaran ringkas ini, Matahari kembali ke kedudukan asalnya di langit selepas dua tahun Utarid. Oleh sebab dua tahun Utarid bersamaan kira-kira 176 hari Bumi, satu hari suria di planet itu juga berlangsung sekitar 176 hari Bumi.

Mengapakah putaran Utarid mempunyai hubungan 3:2?

Orbit Utarid bukan bulatan sempurna. Bentuknya ialah elips, dengan Matahari berada berhampiran salah satu fokus elips tersebut, jadi jarak Utarid daripada Matahari berubah sepanjang orbit. Ketika berada paling hampir dengan Matahari, Utarid bergerak lebih pantas sepanjang orbitnya berbanding ketika berada lebih jauh.

Pada masa yang sama, tarikan graviti Matahari menghasilkan tork pasang surut yang mempengaruhi putaran planet. Interaksi graviti ini, bersama bentuk Utarid yang tidak benar-benar sfera sempurna dan orbitnya yang agak lonjong, membolehkan keadaan resonans 3:2 menjadi stabil.

Matahari boleh kelihatan bergerak ke belakang

Resonans Utarid menghasilkan satu lagi fenomena yang luar biasa. Oleh sebab orbitnya berbentuk elips, kelajuan pergerakan Utarid mengelilingi Matahari berubah sepanjang tahun. Ketika Utarid menghampiri kedudukan paling dekat dengan Matahari, pergerakan sudutnya sepanjang orbit boleh menjadi lebih pantas daripada putaran paksinya.

Dari lokasi tertentu di permukaan Utarid, keadaan ini menyebabkan Matahari kelihatan memperlahankan pergerakannya di langit, berhenti seketika dan bergerak ke arah bertentangan sebelum kembali bergerak seperti biasa. Di sesetengah kawasan, Matahari boleh kelihatan terbit, terbenam sebentar dan terbit semula. Fenomena ini bukan disebabkan Matahari benar-benar mengubah arah pergerakannya, tetapi ialah gerakan ketara Matahari yang dilihat dari permukaan planet yang sedang berputar dan mengorbit.

Bagaimanakah ahli astronomi mengetahui tempoh putaran Utarid?