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双行星

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我们的地球-月球系统–有时被认为是双行星[1]。
我们的地球-月球系统–有时被认为是双行星[1]

双行星联行星是非正式的天文学术语,用来描述一颗有著够大卫星行星,因而必须考虑那颗卫星是否也算是行星。一个非官方的定义需要考虑轨道的重力中心(质心)是否落在两者的表面之外。正式的名称是联星系,相似的,也称为小行星(或双迷你行星)系统,像是安地欧普,和开普带天体(KBO)系统,例如79360 1997CS29和1998 WW31。迄2009年,在太阳系中还没有被官方认可的双行星。欧洲太空总署曾经提议将地月系统视为双行星[1]。在2006年8月召开的国际天文联合会会员大会也曾经选出冥王星和冥卫一(卡伦)系统是双行星的一种类型[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)

在过去,曾经有一些辩论双行星和行星-卫星系统之间的精确定义界限。在许多的例子中,都不是问题,因为这些卫星的质量都远低于系统中的行星,比较特别的是地月系和冥卫系统。太阳系中所有的卫星都低于其行星或矮行星质量的0.00025(1/4000),但是,月球地球的质量比是0.0123(1/81),而冥卫一冥王星的质量比是0.117(约1/9)。

双行星的定义

在2006年,国际天文联合会曾考虑为双行星下个简短的正式定义,以将冥王星和冥卫一包括在系统内,但是没有得到认同。这个可以接受用来辨别是行星-卫星或双行星的的分界点依据是这两者共同的质心(重力中心)位于何处[3]。如果重心不在两者任何一个的内部,则该系统是一个双行星系统。在这种情况下,两个天体都环绕著自由空间中的一个点运转。照这种定义,冥王星和冥卫一将是双矮行星系统。

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。

由于潮汐力,月球每年远离地球1.5英寸(3.74公分)[4]),目前系统的重心虽然位于地球内部,但终将移到地球之外。所以依照这样的定义,地月系统在数十亿年之后将成为双行星[4]

双星联星系统的定义来作比较,如果它只取决于重心的位置,则任何一颗在环绕时重心位于母恒星内部的伴星都将被称为是行星,而重心在母恒星外面的都将被视为另一颗恒星(伴星)。依照这样的定义,太阳系中除了木星所有的主要行星依然还是行星。日-木重心是唯一重心在太阳表面之外的系统[5]。然而,由于木星不是一颗恒星,所以天文学家面对的困难是需要一个明确的双行星系统定义。

拔河定义

后来以撒·艾西莫夫建议区分行星-卫星和双行星要以两者相互拔河(较劲)的值来辨别[5]这个量是卫星的质量相较于行星和太阳的比例,以及卫星的距离相较于与行星和太阳距离的值。

拔河值

式中为行星质量,为恒星质量,为卫星与恒星间的距离,为卫星与行星间的距离。

以拔河图来看,土星最大的卫星土卫六(泰坦)的值是380,它的意思是土星对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,艾西莫夫的拔河图有所有的行星和一些卫星的数值,因为当时对冥王星及其卫星的所知还不够多。他指出,即使是那些被认为是被木星捕获的外围卫星,木星对它们的约束力也仅是比太阳强一些。然而只要拔河值仍然大于1,太阳就会失去对这些天体的约束,而由行星控制著。

地球的卫星月球,太阳确实赢得了拔河,地球的拔河值仅有0.46,这意味著地球对月球的约束力只有不到太阳的一半。由太阳对月球的重力是地球的两倍,艾西莫夫推论地球和月球必须是一个双行星系统。这事实上也是他在许多本著作中指出月球应该是颗行星,而不是地球的卫星的主要原因。[5]

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。

科幻中的双行星

  • 罗慕路斯雷穆斯星舰奇航记
  • 新华盛顿(New Washington) 与富兰克林(Franklin)(杰里·波奈尔(Jerry Pournelle)《The Prince》)
  • Opal 与 Quake(查尔斯·雪菲尔德(Charles Sheffield) Summertide)
  • Roche 与 Eau(Robert L. Forward 《Rocheworld》)
  • 乌拉斯(Urras )与安纳瑞斯(Anarres)(娥苏拉·勒瑰恩一无所有》)
  • 源式与中将(
  • Caprica and Gemenon(Caprica & Battlestar Galactica)
  • 火星(Fire) 与水星(Water)(Lexx)

相关条目

参考资料

  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)
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