雙行星

我們的地球-月球系統–有時被認為是雙行星。

  提示：此條目頁的主題不是雙星。

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，像是安地歐普，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。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衛一（卡倫）系統是雙行星的一種類型。

衛星與雙星的區分

雙星的概念來源於恆星之間的相互繞行，由於恆星有很好的定義（足夠大，因而引發核聚變發光），所以不存在「衛恆星」的概念，凡是相互繞行的恆星，無論大小差異如何，都是雙星（或者三聯星等）。

然而在行星系統內，行星與衛星按照軌道區分，直接繞恆星的就是行星，繞行星的是衛星。但雙星的情形模糊了行星與衛星的區別，如果兩顆相互繞行的星球大小非常接近，毫無疑問會被歸類於雙行星；如果大小差別非常大，則小星體是衛星；而介於前兩種情況之間，即兩星體大小相當，同時差別明顯，這就產生了定義的疑難。按照一般的科學定義原則，不宜人為地給出某個比值（比如質量差別1/10）作為區分界限，而應該以某種引力、軌道相關的現象作為標準。而事實上，人們仍從直觀上認為兩者質量在同一數量級為雙行星。（即比值1/10作為心理分界）

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，因為這些衛星的質量都遠低於系統中的行星，比較特別的是地月系和冥衛系統。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，月球與地球的質量比是0.0123（1/81），而冥衛一和冥王星的質量比是0.117（約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，以將冥王星和冥衛一包括在系統內，但是沒有得到認同。這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。如果重心不在兩者任何一個的內部，則該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。照這種定義，冥王星和冥衛一將是雙矮行星系統。

兩星體相互繞行的質量中心，如果在某一星體內部，則該星體是主星，另一星體是衛星，這一定義明確清晰，符合我們對主星直觀上感受。不過這一定義向極限情況推廣遇到困難：即使質量差距巨大的兩星球，只要相距足夠遠，質心總會離開主星表面；或者只要主星收縮得足夠緻密（白矮星、中子星甚至黑洞），質心也總會離開主星表面。

由於潮汐力，月球每年遠離地球1.5英寸（3.74公分）），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。

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陽表面之外的系統。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

後來以撒·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）的值來辨別這個量是衛星的質量相較於行星和太陽的比例，以及衛星的距離相較於與行星和太陽距離的值。

拔河值$={\frac {m_{1}}{m_{2}}}\times ({\frac {d_{1}}{d_{2}}})^{2}$

式中$m_{1}$為行星質量，$m_{2}$為恆星質量，$d_{1}$為衛星與恆星間的距離，$d_{2}$為衛星與行星間的距離。

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衛六的的引力比太陽對土衛六的引力大了380倍。

除了冥王星和冥衛一之外，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，木星對它們的約束力也僅是比太陽強一些。然而只要拔河值仍然大於1，太陽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，太陽確實贏得了拔河，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陽的一半。由太陽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。

“ 我們必須正視月球，因為將之視為地球的衛星或是捕獲物是不準確的，而應該如同地球一樣是顆行星，一起繞著太陽。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陽的圖，你會看到月球軌道無處不是凹向太陽的，即它總是朝向太陽下墜。其它所有的衛星都無例外，通過它們軌道的任何一部分，都是漂離太陽的，它們都不同於我們的月球，取得主導權的是它們的行星。 ” ——Isaac Asimov

不過，拔河定義也存在一些與我們對雙星直觀認識不一致的地方：它把衛星或伴星的軌道位置作為判斷的主要標準，使得某些顯然的雙星（或衛星）被歸入相反的類別。比如兩個幾乎相同大小的星體，在遠離太陽的地方相互緊密繞行，太陽在拔河中顯然處於弱勢；再比如在與月球有相同軌道高度的人造衛星，它們的拔河值和月球相同，但把它們當作與地球相當的伴星體顯然存在困難。存在一個比拔河值更加精確的天文學概念，就是希爾球半徑，當衛星軌道半徑接近希爾球半徑時，行星對衛星的控制力較弱，可認為拔河中處於劣勢。

科幻中的雙行星

• 羅慕路斯和雷穆斯（星艦奇航記）
• 新華盛頓（New Washington） 與富蘭克林（Franklin）（傑里·波奈爾（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

• 2006行星定義
• 行星定義
• 希爾球
• 天然衛星
• 月球軌道
• 克魯特尼

參考資料

• "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）