我們的地球 -月球 系統–有時被認為是雙行星[ 1] 。
提示 :此条目页的主题不是
双星 。
雙行星 和聯行星 是非正式的天文學 術語,用來描述一顆有著夠大衛星 的行星 ,因而必須考慮那顆衛星是否也算是行星。一個非官方的定義需要考慮軌道的重力中心(質心 )是否落在兩者的表面之外。正式的名稱是聯星系 ,相似的,也稱為雙小行星 (或雙迷你行星 )系統,像是安地欧普 ,和雙開普帶 天體(KBO) 系統,例如79360 1997CS29 和1998 WW31 。迄2009年,在太陽系中還沒有被官方認可的雙行星。歐洲太空總署 曾經提議將地月系統視為雙行星[ 1] 。在2006年8月召開的國際天文聯合會會員大會 也曾經選出冥王星和冥卫一(卡倫)系統是雙行星的一種類型[ 2] 。
卫星与双星的区分
双星的概念来源于恒星之间的相互绕行,由于恒星有很好的定义(足够大,因而引发核聚变发光),所以不存在“卫恒星”的概念,凡是相互绕行的恒星,无论大小差异如何,都是双星(或者三联星等)。
然而在行星系统内,行星与卫星按照轨道区分,直接绕恒星的就是行星,绕行星的是卫星。但双星的情形模糊了行星与卫星的区别,如果两颗相互绕行的星球大小非常接近,毫无疑问会被归类于双行星;如果大小差别非常大,则小星体是卫星;而介于前两种情况之间,即两星体大小相当,同时差别明显,这就产生了定义的疑难。按照一般的科学定义原则,不宜人为地给出某个比值(比如质量差别1/10)作为区分界限,而应该以某种引力、轨道相关的现象作为标准。而事实上,人们仍从直观上认为两者质量在同一数量级为双行星。(即比值1/10作为心理分界)
在過去,曾經有一些辯論雙行星和行星-衛星系統之間的精確定義界限。在許多的例子中,都不是問題,因為這些衛星的质量都遠低於系統中的行星,比較特別的是地月系和冥卫系統。太陽系中所有的衛星都低於其行星或矮行星質量的0.00025(1/4000),但是,月球 与地球 的質量比是0.0123(1/81),而冥衛一 和冥王星 的質量比是0.117(约1/9)。
雙行星的定義
在2006年 ,國際天文聯合會 曾考慮為雙行星下個簡短的正式定義,以將冥王星和冥卫一包括在系統內,但是沒有得到認同。这個可以接受用來辨別是行星-衛星或雙行星的分界點依據是這兩者共同的質心 (重力中心)位於何處[ 3] 。如果重心不在兩者任何一個的內部,則该系統是一個雙行星系統。在這種情況下,兩個天體都環繞著自由空間中的一個點運轉。照这种定義,冥王星和冥卫一將是雙矮行星 系統。
两星体相互绕行的质量中心,如果在某一星体内部,则该星体是主星,另一星体是卫星,这一定义明确清晰,符合我们对主星直观上感受。不过这一定义向极限情况推广遇到困难:即使质量差距巨大的两星球,只要相距足够远,质心总会离开主星表面;或者只要主星收缩得足够致密(白矮星、中子星甚至黑洞),质心也总会离开主星表面。
由於潮汐力 ,月球每年遠離地球1.5英寸(3.74公分)[ 4] ),目前系統的重心雖然位於地球內部,但終將移到地球之外。所以依照這樣的定義,地月系統在數十億年之後將成為雙行星[ 4] 。
用雙星 或聯星 系統的定義來作比較,如果它只取決於重心的位置,則任何一顆在環繞時重心位於母恆星內部的伴星都將被稱為是行星,而重心在母恆星外面的都將被視為另一顆恆星(伴星)。依照這樣的定義,太陽系 中除了木星所有的主要行星依然還是行星。日-木重心 是唯一重心在太阳表面之外的系統[ 5] 。然而,由於木星不是一顆恆星,所以天文學家面對的困難是需要一個明確的雙行星系統定義。
拔河定義
后来以撒·艾西莫夫 建議區分行星-衛星和雙行星要以兩者相互拔河(較勁)的值來辨別[ 5] 這個量是衛星的質量相較於行星和太阳的比例,以及衛星的距離相較於与行星和太阳距離的值。
拔河值
=
m
1
m
2
× × -->
(
d
1
d
2
)
2
{\displaystyle ={\frac {m_{1}}{m_{2}}}\times ({\frac {d_{1}}{d_{2}}})^{2}}
式中
m
1
{\displaystyle m_{1}}
为行星质量,
m
2
{\displaystyle m_{2}}
为恒星质量,
d
1
{\displaystyle d_{1}}
为卫星与恒星间的距离,
d
2
{\displaystyle d_{2}}
为卫星与行星间的距离。
以拔河圖來看,土星最大的衛星土衛六(泰坦) 的值是380,它的意思是土星對土卫六的的引力比太阳对土卫六的引力大了380倍。
除了冥王星和冥卫一之外,艾西莫夫的拔河圖有所有的行星和一些衛星的數值,因為當時對冥王星及其衛星的所知還不夠多。他指出,即使是那些被認為是被木星捕獲的外圍衛星,木星对它们的約束力也僅是比太阳強一些。然而只要拔河值仍然大於1,太阳就會失去對這些天體的約束,而由行星控制著。
對地球 的衛星月球 ,太阳確實贏得了拔河,地球的拔河值僅有0.46,這意味著地球對月球的約束力只有不到太阳的一半。由太阳對月球的重力是地球的兩倍,艾西莫夫推論地球和月球必須是一個雙行星系統。這事實上也是他在許多本著作中指出月球應該是顆行星,而不是地球的衛星的主要原因。[ 5]
“
我們必須正視月球,因為將之视為地球的衛星或是捕獲物是不准确的,而應該如同地球一樣是顆行星,一起繞著太阳。更明確的說,在地月系統之內,最簡單的描述方法就是月球繞著地球運轉;但是,如果以正確的尺度描繪地球和月球繞行太阳的圖,你會看到月球軌道無處不是凹向太阳的,即它總是朝向太阳下坠。其它所有的衛星都无例外,通過它們軌道的任何一部分,都是漂離太阳的,它們都不同於我們的月球,取得主導權的是它們的行星。[ 5]
”
——Isaac Asimov
不过,拔河定义也存在一些与我们对双星直观认识不一致的地方:它把卫星或伴星的轨道位置作为判断的主要标准,使得某些显然的双星(或卫星)被归入相反的类别。比如两个几乎相同大小的星体,在远离太阳的地方相互紧密绕行,太阳在拔河中显然处于弱势;再比如在与月球有相同轨道高度的人造卫星,它们的拔河值和月球相同,但把它们当作与地球相当的伴星体显然存在困难。存在一个比拔河值更加精确的天文学概念,就是希尔球 半径,当卫星轨道半径接近希尔球半径时,行星对卫星的控制力较弱,可认为拔河中处于劣势。
科幻中的雙行星
罗慕路斯 和雷穆斯 (星艦奇航記 )
新華盛頓(New Washington) 與富蘭克林(Franklin)(杰里·波奈尔 (Jerry Pournelle)《The Prince》)
Opal 與 Quake(查爾斯·雪菲爾德 (Charles Sheffield) Summertide)
Roche 與 Eau(Robert L. Forward 《Rocheworld》)
烏拉斯(Urras )與安納瑞斯(Anarres)(娥蘇拉·勒瑰恩 《一無所有 》)
源式與中將(紫 )
Caprica and Gemenon(Caprica & Battlestar Galactica)
火星(Fire) 與水星(Water)(Lexx)
Iscandar and Gamilas (Space Battleship Yamato 2199)
相關條目
參考資料
^ 1.0 1.1 Welcome to the double planet . ESA . 2003-10-05 [2009-11-12 ] . (原始内容存档 于2012-07-02).
^ The IAU draft definition of "planet" and "plutons" . International Astronomical Union. 2006-08-16 [2008-05-17 ] . (原始内容存档 于2011-07-26).
^ Robert Roy Britt. Nine Planets Become 12 with Controversial New Definition . Space.com. 2006 [2006-08-16 ] . (原始内容存档 于2012-07-04).
^ 4.0 4.1 Robert Roy Britt. Earth's moon could become a planet . CNN Science & Space. 2006-08-18 [2009-11-25 ] . (原始内容存档 于2012-07-02).
^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Asimov, Isaac (1975). Just Mooning Around , In: Of time and space, and other things. Avon.
"Clyde Tombaugh (1906-97)Astronomer who discovered the Solar System's ninth planet", Nature 385 (1997) 778(Pluto and Charon are "the only known example of a true double planet".)
"It's not easy to make the Moon", Nature 389 (1997) 327(comparing double planet theory of Moon formation and Pluto-Charon as double planet)