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Mercury’s spin–orbit resonance explained by initial retrograde and subsequent synchronous rotation

Authors :
Nicolas Rambaux
Alexandre C. M. Correia
Mark A. Wieczorek
Jacques Laskar
Mathieu Le Feuvre
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Departamento de Fisica [Aveiro]
Universidade de Aveiro
Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides (IMCCE)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique [UMR 6112] (LPG)
Université d'Angers (UA)-Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
Laboratoire de Planétologie et Géodynamique UMR6112 (LPG)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Nantes - Faculté des Sciences et des Techniques
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Université d'Angers (UA)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université de Lille-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Nature Geoscience, Nature Geoscience, 2012, 5 (1), pp.18-21. ⟨10.1038/NGEO1350⟩, Nature Geoscience, Nature Publishing Group, 2012, 5 (1), pp.18-21. ⟨10.1038/NGEO1350⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
HAL CCSD, 2012.

Abstract

The planet Mercury is locked in a spin-orbit resonance where it rotates three times about its spin axis for every two orbits about the Sun. The current explanation for this unique state assumes that the initial rotation of this planet was prograde and rapid, and that tidal torques decelerated the planetary spin to this resonance. When core-mantle boundary friction is accounted for, capture into the 3/2 resonance occurs with a 26% probability, but the most probable outcome is capture into one of the higher-order resonances. Here we show that if the initial rotation of Mercury were retrograde, this planet would be captured into synchronous rotation with a 68% probability. Strong spatial variations of the impact cratering rate would have existed at this time, and these are shown to be consistent with the distribution of pre-Calorian impact basins observed by Mariner 10 and MESSENGER. Escape from this highly stable resonance is made possible by the momentum imparted by large basin-forming impact events, and capture into the 3/2 resonance occurs subsequently under favourable conditions.

Details

Language :
English
ISSN :
17520894
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature Geoscience, Nature Geoscience, 2012, 5 (1), pp.18-21. ⟨10.1038/NGEO1350⟩, Nature Geoscience, Nature Publishing Group, 2012, 5 (1), pp.18-21. ⟨10.1038/NGEO1350⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b4132618d8a7e1cd22a86c59d20dce90
Full Text :
https://doi.org/10.1038/NGEO1350⟩