Ursprunglig fråga:
Hej! Vi är ett gäng med femteklassare från Bjärred som håller på att forska om planeterna. En fråga som förbryllar oss är att det i vissa böcker står att ett dygn på merkurius är 176 jorddygn och i vissa 87 dygn, i vissa 58 dygn. Eftersom skillnaderna är så stora så blir vi tveksamma till vad som är rätt, kan ni hjälpa oss med det? Vad är det egentligen? Hur lång tid tar det egentligen för Merkurius att rotera runt sin egen axel?
/Anna, Rita, Johanna , Bjärehovskolan, Bjärred

Svar:
Hej planetforskarna Anna, Rita, Johanna!

Det kan tyckas konstigt, men det beror på vad man menar, dvs roterar i förhållande till vad. För det första måste 87 dagar vara fel. Det är nog en gammal uppgift från när man trodde att Merkurius hade s.k. bunden rotation, dvs alltid vände samma sida mot solen. Då blir rotationstiden lika med den tid det tar Merkurius att gå runt solen.

Tabellen nedan från länk 1 ger de i sammanhanget intressanta uppgifterna för Merkurius och Jorden.

Orbital parameters
                                   Mercury        Earth   Ratio (Mercury/Earth)
Sidereal orbit period (days)        87.969       365.256      0.241
Sidereal rotation period (hrs)    1407.6          23.9345    58.785      
Length of day (hrs)               4222.6          24.0000   175.942

Första raden ger den tid det tar att gå runt solen i förhållande till stjärnorna. Det är lite mer än 365 dagar för jorden (ett år) och 88 dagar för Merkurius.

Andra raden ger rotationstiden i förhållande till stjärnorna och den tredje i förhållande till solen. Om vi först tittar på jorden så är rotationstiden i förhållande till stjärnorna lite kortare än i förhållande till solen. Det är visserligen bara en skillnad på 0.0655 timmar (knappt 4 minuter). Anledningen till detta är att medan jorden roterar ett varv i förhållande till stjärnorna så rör den sig även i sin bana åt samma håll som den roterar. När jorden då efter ett dygn kommer tillbaka till samma punkt i förhållande till stjärnorna så har solen flyttat sig lite "bakåt". Så jorden behöver ytterligare 4 minuter för ett varv i förhållande till solen. Se animering under länk 2.

Gör en modell av det hela med solen som en tennisboll och jorden som en pingpongboll. För pingpongbollen runt tennisbollen moturs (vi ser då jorden och solen från norra himmelspolen) samtidig som du roterar pingpongbollen moturs. Ta en fix punkt i rummet för att representera riktningen till en stjärna. Ni bör av detta kunna dra slutsatsen att rotationstiden i förhållande till sjärnorna är kortare än rotationstiden i förhållande till solen.

Eftersom Merkurius roterar långsamt (59 jorddygn i förhållande till stjärnorna) men har en kort omlopptstid kring solen (88 dygn) blir det mycket stor skillnad mellan de olika rotationstiderna. När Merkurius roterat ett varv så har den nästan gått ett varv kring solen och det tar lång tid innan rotationen hinner i fatt solen. Merkurius soldygn blir därför så långt som 176 jorddygn.

Nedan visas en bild på Merkurius sammansatt av flera fotografier tagna från en rymdsond. Som synes ser den nästan ut som månen med alla sina kratrar.

3/2 resonans

Merkurius omloppstid i förhållande till stjärnorna är alltså 87.969 dagar
Rotationstiden i förhållande till stjärnorna är 1407.6 h = 1407.6/24 = 58.65 d
Förhållander mellan ovanstående blir 87.969/58.65 = 1.49990

Det är ingen tillfällighet att detta är nästan exakt 3/2 - Merkurius har hittat en stabil resonans mellan rotation och omloppsbana. För en planet så nära solen som Merkurius skulle man vänta sig s.k. bunden rotation, dvs att planeten alltid vänder samma sida mot solen. Månen har ju bunden rotation i förhållande till jorden - den vänder ju som vi vet alltid samma sida mot jorden.

Merkurius bana har emellertid mycket hög excentricitet, och hastigheten i banan varierar - hög nära solen och låg långt från solen. Rotationen sker emellertid med konstant hastighet. Rotationen och banrörelsen tenderar alltså att komma ur fas, och den bundna rotationen som borde uppkomma blir i stället till den observerade 3/2 resonansen. Pga störningar från jätteplaneterna varierar merkuriusbanans excentricitet med tiden (se beräkningar i fråga 17160 ), varför problemet blir ännu mer komplext.

Se vidare Mercury_(planet)#Spin.E2.80.93orbit_resonance .

Nyckelord: planet [17];

1 http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/mercuryfact.html
2 http://astro.unl.edu/classaction/animations/lunarcycles/synodiclag.html