雙行星

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我們的地球-月球系統 – 有時被認為是雙行星[1]

雙行星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,也稱為小行星(或雙迷你行星)系統,像是安地欧普,和開普帶天體(KBO)系統,例如79360 1997CS291998WW31。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[编辑]

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,月球地球的質量比是0.0123(1/81),而冥衛一冥王星的質量比是0.117(约1/9)。

雙行星的定義[编辑]

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]

雙星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[编辑]

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=\frac{m_1}{m_2}\times(\frac{d_1}{d_2})^2

式中m_1为行星质量,m_2为恒星质量,d_1为卫星与恒星间的距离,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(蒂丹)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。

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。

科幻中的雙行星[编辑]

相關條目[编辑]

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维基词典上的词义解释:

參考資料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Welcome to the double planet. ESA. 2003-10-05 [2009-11-12]. 
  2. ^ The IAU draft definition of "planet" and "plutons". International Astronomical Union. 2006-08-16 [2008-05-17]. 
  3. ^ Robert Roy Britt. Nine Planets Become 12 with Controversial New Definition. Space.com. 2006 [2006-08-16]. 
  4. ^ 4.0 4.1 Robert Roy Britt. Earth's moon could become a planet. CNN Science & Space. 2006-08-18 [2009-11-25]. 
  5. ^ 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)