En mecánica celeste, se dice que hay resonancia orbital cuando la órbita de dos cuerpos tienen períodos cuya razón es una fracción de números enteros simple. Ello significa que se ejercen una influencia gravitatoria regular. El efecto de la resonancia es muy conocido en física. Supongamos una niña que se columpia con un periodo de 2 segundos. Sí su padre la empuja a periodos arbitrarios no causará el mismo efecto que si la impulsa cada 2 segundos pues entonces lo hará de manera eficaz y causando el aumento de la oscilación. A esta intensificación o amplificación de la fuerza que llega a afectar de forma notable a sus movimientos se le conoce con el nombre de resonancia. Considérese que, si el período orbital de un satélite es un múltiplo exacto o una fracción del de otro satélite, el efecto gravitatorio neto de cada satélite sobre el otro vendrá a ser, en resumidas cuentas, un tirón o un empujón aplicado, repetidamente, en el mismo punto del movimiento cíclico. Así se amplifica el efecto.

Esto tiene un doble efecto: en algunos casos estabiliza y en otros desestabiliza las órbitas.

Ejemplos de estabilización

• Júpiter y Saturno tienen los periodos orbitales en una resonancia 5:2. Ello significa que cada 5 vueltas al Sol que da Júpiter, Saturno da 2.

• Plutón y algunos cuerpos más pequeños llamados Plutinos se salvaron de la eyección del sistema solar porque tienen una resonancia 3:2 con Neptuno. Ello significa que cada 2 vueltas en torno al Sol del Plutino, Neptuno da tres vueltas.

• Los asteroides troyanos que ocupan los puntos de Lagrange L₄ y L₅ y por tanto están en órbitas muy estables pueden considerarse en resonancia 1:1 con Júpiter.

• La resonancia de Laplace hace que los periodos de los satélites galileanos de Júpiter tengan una relación entre sus períodos orbitales de fracciones simples. Por ejemplo, las lunas de Júpiter Ganímedes, Europa, e Io están en una resonancia orbital 1:2:4.

• En los satélites de Saturno hay 6 cuyos periodos están relacionados:
  • El periodo de Mimas es 1/2 del de Tetis
  • El periodo de Encélado es 1/2 del de Dione
  • El periodo de Hiperión es 4/3 del de Titán

• El planeta extrasolar Gliese 876 b y Gliese 876 c están en una resonancia orbital 2:1

• Muchos de los satélites presentan una Rotación síncrona, es decir tardan el mismo tiempo en girar sobre sí mismos que alrededor del planeta. Se dice que están en resonancia 1:1. Esto significa que el satélite presenta al planeta siempre la misma cara. El ejemplo más llamativo es la Tierra y la Luna, pero la inmensa mayoría de satélites están en esta situación. Entre ellos todos los grandes satélites de Júpiter y Saturno. La razón es la fuerza de marea que ha parado el giro del satélite respecto a su planeta. Para ello el satélite tiene que ser grande y estar cerca del planeta.

• Por estar cerca del Sol, Mercurio tiene su periodo de rotación que es 2/3 del periodo de traslación alrededor del Sol.

Ejemplos de desestabilización

Huecos Kirkwood

• La resonancia de Jupiter es responsable de los huecos de Kirkwood o ausencia de asteroides a determinadas distancias del cinturón de asteroides que guardan una relación conmensurable con el periodo orbital de Júpiter. Los principales huecos se hallan a distancias en que los asteroides tardarían en orbitar 1/3, 2/5, 3/7 y 1/2 de lo que tarda Júpiter.

Anillos de planetas

• En los anillos de planetas, y fundamentalmente de los Anillos de Saturno que es el más denso, cerca de las distancias radiales del planeta a las que las partículas del disco tendrían un período orbital conmensurado con el de uno de los satélites del planeta (1/2, 1/3, 2/5 o en general n/m) la amplificación del efecto gravitatorio del satélite durante largos períodos de tiempo hace que se pierden partículas en una banda situada a la distancia radial correspondiente a una resonancia. La explicación estriba en que cada n-órbitas del satélite natural, la partícula del anillo da m-vueltas exactas por lo que al cabo del tiempo en que el satélite natural da n-vueltas se halla a la mínima distancia de la partícula causando un tirón gravitacional que hace que las órbitas de las partículas dejen de ser circulares. Y aumenta la probabilidad de que las partículas choquen con sus vecinas menos perturbadas. ¿Qué acontece entonces? Se pierden partículas en una banda situada a la distancia radial correspondiente a una resonancia. La banda suele abarcar una anchura natural de unas decenas de kilómetros.

Ejemplos

• El cuerpo principal del sistema de anillos de Saturno incluye por su proximidad al planeta, los brillantes anillos B y A. Entre ambos está la división de Cassini de 5.000 kilómetros de ancho. Las partículas de la proximidad del borde exterior del anillo B (borde interior de la División de Cassini) describen órbitas en torno a Saturno en 11h 24m, aproximadamente dos veces por cada órbita completa del satélite Mimas, 3 veces por cada órbita completa del satélite Encélado, 4 veces por cada órbita completa del satélite Tetis. Estas resonancias son las responsables de la división de Cassini.
• La resonancia podría explicar también la docena de estrechos huecos en la parte externa del anillo A, que al parecer resultan de resonancias producidas por los satélites coorbitales Jano y Epimeteo y los satélites pastores del anillo F Pandora y Prometeo.

Véase también:

• Puntos de Lagrange
• Rotación síncrona
• Ley de Titius-Bode