双行星

我们的地球-月球系统–有时被认为是双行星。

  提示：此条目页的主题不是双星。

双行星和联行星是非正式的天文学术语，用来描述一颗有着够大卫星的行星，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，也称为双小行星（或双迷你行星）系统，像是安地欧普，和双开普带天体（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。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。

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，月球与地球的质量比是0.0123（1/81），而冥卫一和冥王星的质量比是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-卫星或双行星的分界点依据是这两者共同的质心（重力中心）位于何处。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，两个天体都环绕着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）），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。

用双星或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。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$={\frac {m_{1}}{m_{2}}}\times ({\frac {d_{1}}{d_{2}}})^{2}$

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，而由行星控制着。

对地球的卫星月球，太阳确实赢得了拔河，地球的拔河值仅有0.46，这意味着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。

“ 我们必须正视月球，因为将之视为地球的卫星或是捕获物是不准确的，而应该如同地球一样是颗行星，一起绕着太阳。更明确的说，在地月系统之内，最简单的描述方法就是月球绕着地球运转；但是，如果以正确的尺度描绘地球和月球绕行太阳的图，你会看到月球轨道无处不是凹向太阳的，即它总是朝向太阳下坠。其它所有的卫星都无例外，通过它们轨道的任何一部分，都是漂离太阳的，它们都不同于我们的月球，取得主导权的是它们的行星。 ” ——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。

科幻中的双行星

• 罗慕路斯和雷穆斯（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（紫）
• Caprica and Gemenon（Caprica & Battlestar Galactica）
• 火星（Fire） 与水星（Water）（Lexx）
• Iscandar and Gamilas (Space Battleship Yamato 2199)

相关条目

• 2006行星定义
• 行星定义
• 希尔球
• 天然卫星
• 月球轨道
• 克鲁特尼

参考资料

• "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）