二重惑星

天文学において、二重惑星（または連星惑星）とは、両方の天体が惑星、または惑星質量の天体であり、その共通重心が両方の惑星体の外部にある 連星 衛星系である。

天の川銀河系の最大3分の1の恒星系は二重惑星ですが^[1]、典型的な惑星と衛星の質量比が約1:10000であることを考えると、二重惑星は非常に稀であると予想され、親星の重力の影響を強く受け^[2]、巨大衝突仮説によれば、特定の状況下でのみ重力的に安定します。

太陽系には公式の二重惑星はないが、地球・月系は二重惑星であると考えられることがある。SMART -1ミッションを宣伝する宣伝資料の中で、欧州宇宙機関は地球・月系を二重惑星と呼んでいる。^[3]

いくつかの準惑星候補は二重惑星と言える。国際天文学連合は2006年の総会で冥王星とカロンを二重惑星として再分類する提案を検討したが^{[4] 、この提案は廃案となり、現在の}IAUの惑星の定義が採用された。太陽系外惑星系で相対的に大きな惑星質量の衛星を持つものには、エリス-ディスノミア、オルクス-ヴァンス、ヴァルダ-イルマレなどがある。

ほぼ同じ質量を持つ連星系小惑星は、二重小惑星と呼ばれることがあります。これには、連星系小惑星69230 ヘルメスと90 アンティオペ、および連星系カイパーベルト天体(KBO) 79360 シラ・ヌナムと1998 WW 31が含まれます。

「二重惑星」と「惑星・衛星系」を区別するためにどのような基準を使用すべきかについては議論があります。以下は考慮事項です。

天文学ジャーナルで提案された定義によれば、二重惑星と呼ばれるためには、両方の天体が個別に軌道クリア基準を満たす必要があるとされている。^[5]

「二重惑星」を定義する上で重要な考慮事項の 1 つは、2 つの天体の質量の比です。質量比が 1 であれば、同じ質量の天体であることを示し、質量比が 1 に近い天体は「二重」と分類しやすくなります^{[引用が必要]} 。この定義を使用すると、火星、木星、土星、天王星、海王星の衛星はすべて簡単に除外できます。これらの衛星の質量はすべて、公転する惑星の0.00025 ( 1 ⁄ 4000 )未満です。一部の準惑星にも、準惑星自体よりも大幅に質量の小さい衛星があります。

最も注目すべき例外は冥王星-カロン系である。カロンと冥王星の質量比は0.122（≈1 ⁄ 8 ）と1に十分近いため、冥王星とカロンは多くの科学者によって「二重準惑星」（2006年の「惑星」の定義以前は「二重惑星」）と頻繁に説明されてきた。国際天文学連合（IAU）は以前、カロンを冥王星の衛星に分類していたが、将来的にはこれらの天体を二重準惑星として再検討する意向を明確に表明していた。^[6]しかし、2006年のIAU報告書ではカロン-冥王星を二重惑星に分類した。^[7]

月と地球の質量比 0.01230 (≈ 1 ⁄ 81 ) も、他のすべての衛星と惑星の比と比較すると 1 に著しく近い。そのため、地球と月の系も二重惑星であると考える科学者もいるが、これは少数派の見解である。エリスの唯一の衛星であるディスノミアの半径はエリスの1 ⁄ 4程度である。密度が似ていると仮定すると (ディスノミアの組成構成はエリスと大幅に異なる場合とそうでない場合がある)、質量比は1 ⁄ 40近くになり、月と地球の比とカロンと冥王星の比の中間の値となる。

現在、二重惑星系の定義として最も一般的に提案されているのは、両方の天体が周回する重心が両方の天体の外側にあるという定義である^{[要出典] 。この定義によれば、冥王星とカロンは二重準惑星である。なぜなら、2015年6月に}ニューホライズンズ宇宙探査機の画像から作成されたアニメーションで確認できるように、冥王星の明らかに外側の点を周回しているからである。

この定義によれば、地球-月系は現在二重惑星ではありません。月は地球がこの重心の周りを顕著に公転するほどの質量を持ちますが、それでもこの点は地球のかなり内側にあります。しかし、月は現在、年間約 3.8 cm (1.5 インチ) の速度で地球から外側に移動しています。数十億年後には、地球-月系の重心は地球の外側に位置し、二重惑星系になります。

木星-太陽系の質量の中心は太陽の表面の外側にあるが、木星と太陽が二重星であると主張することは、冥王星-カロンが二重矮星であると主張することとは類似していない。木星は核融合星になるには軽すぎる。もし13倍重ければ、重水素核融合を起こして褐色矮星になるだろう。^[8]

アイザック・アシモフは、惑星と月の構造と二重惑星の構造を区別することを提案したが、これは彼が「綱引き」値と呼んだ値に基づいている。この値は、相対的な大きさを考慮していない。^[9]この値は、単に、大きい（主）天体が小さい天体に及ぼす力と、太陽が小さい天体に及ぼす力の比である。これは、

$${\displaystyle {\text{綱引き値}}={\frac {m_{\mathrm {p} }}{m_{\mathrm {s} }}}\cdot \left({\frac {d_ {\mathrm {s} }}{d_{\mathrm {p} }}}\right)^{2}}$$

ここで、m _pは主天体（大きい天体）の質量、m _sは太陽の質量、d _sは小さい天体と太陽の間の距離、d _{p は}小さい天体と主天体の間の距離です。^[9]綱引きの値は衛星（小さい天体）の質量に依存しません。

この式は、実際には、大きな天体と太陽からの小さな天体への重力の影響の関係を反映しています。土星の衛星タイタンの綱引きの数値は 380 で、これは土星がタイタンを拘束する力が太陽がタイタンを拘束する力の 380 倍であることを意味します。タイタンの綱引きの値は、土星の衛星フェーベの綱引きの数値がわずか 3.5 である値と比較できます。つまり、土星がフェーベを拘束する力は、太陽がフェーベを拘束する力の 3.5 倍に過ぎないということです。

アシモフは惑星のいくつかの衛星の綱引き値を計算した。彼は、最大のガス巨星である木星でさえ、その外側の衛星に対する太陽よりもわずかに強い保持力しか持たず、いくつかの衛星の綱引き値は1よりあまり高くないことを示した。アシモフの計算のほぼすべてで綱引き値は1より大きいことがわかったので、その場合太陽は惑星との綱引きに負ける。唯一の例外は地球の月で、太陽は綱引き値0.46で勝っており、これは地球の月に対する保持力が太陽の半分以下であることを意味する。アシモフはこれを、地球と月は二重惑星とみなすべきだという他の議論に含めた。^[9]

したがって、月は地球の真の衛星でも捕らわれた衛星でもなく、地球と慎重に歩調を合わせて太陽の周りを回る、それ自体が独立した惑星であると考えることができる。地球-月系からこの状況を描く最も簡単な方法は、月が地球の周りを公転するというものである。しかし、地球と月の軌道を太陽の周りで正確に縮尺通りに描くと、月の軌道はどこでも太陽に向かって凹んでいることがわかる。月は常に太陽に向かって「落ちて」いる。他のすべての衛星は、例外なく、その軌道の一部で太陽から「落ちて」いくが、それは主惑星の強い引力に捕らえられているからであるが、月はそうではない。^{[9] [10] [脚注 1]}

— アイザック・アシモフ

より詳しい説明については、「月の軌道」の記事の「太陽 の周りの地球と月の軌道」セクションを参照してください。

この二重惑星の定義は、太陽からの距離によって決まる。地球-月系が今よりも太陽から遠く離れた軌道を回っていたとしたら、地球が綱引きに勝つことになる。例えば、火星の軌道では、月の綱引きの値は 1.05 になる。また、アシモフの提案以降に発見されたいくつかの小さな衛星も、この議論によれば二重惑星とみなされる。例えば、海王星の小さな外側の衛星であるネソとプサマテの綱引きの値はそれぞれ 0.42 と 0.44 で、地球の月よりも小さい。しかし、その質量は海王星の質量に比べて小さく、その比は 1.5 × 10と推定されている。⁻⁹ ( 1 ⁄ 700,000,000 ) および 0.4 × 10⁻⁹（ 1 ⁄ 2,500,000,000）。

最後に、2 つの天体がどのようにして 1 つのシステムを形成したかを検討します。地球 - 月系と冥王星 - カロン系はどちらも巨大衝突の結果として形成されたと考えられています。1 つの天体が別の天体に衝突して破片円盤が形成され、集積によって 2 つの新しい天体が形成されるか、または 1 つの新しい天体が形成され、大きい方の天体はそのまま残ります (ただし変化します)。ただし、巨大衝突は 2 つの天体が「二重惑星」であるための十分な条件ではありません。なぜなら、このような衝突によって冥王星の 4 つの小さな外側の衛星などの小さな衛星も生成される可能性があるからです。

月の起源に関する、現在では放棄された仮説は、実際には「二重惑星仮説」と呼ばれていた。これは、地球と月が太陽系の原始惑星系円盤の同じ領域で形成され、重力相互作用によってシステムを形成したという考え方である。この考え方も、2つの天体を「二重惑星」と定義するための問題のある条件である。なぜなら、惑星は重力相互作用によって衛星を「捕獲」することができるからである。たとえば、火星の衛星（フォボスとダイモス）は、はるか昔に火星に捕獲された小惑星であると考えられている。このような定義では、トリトンも二重惑星とみなされる。なぜなら、トリトンはカイパーベルト天体であり、冥王星と同じ大きさで、組成も似ており、後に海王星に捕獲されたからである。

情報メモ

引用

文献

• Stern, S. Alan (1997 年 2 月 27 日)。「太陽系の第 9 惑星を発見した天文学者、クライド・トンボー (1906-1997)」。Nature。385 (6619): 778。Bibcode : 1997Natur.385..778S。doi : 10.1038 / 385778a0冥王星とカロンは「真の二重惑星の唯一の例」です。{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 追記 (リンク)
• リサウアー、ジャック J. (1997 年 9 月 25 日)。「月を作るのは簡単ではない」。ネイチャー。389 (6649): 327–328。Bibcode :1997Natur.389..327L。doi :10.1038/38596。S2CID 5416221 地球と月の二重惑星理論と冥王星とカロンの二重惑星理論を比較します。{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 追記 (リンク)

さらに読む

• アシモフ、アイザック（1960年）。『二重惑星』。ニューヨーク：アベラール＝シューマン。
• アシモフ、アイザック（1990）。『冥王星：二重惑星？』ミルウォーキー：G.スティーブンス。ISBN 9781555323738。
• Cabrera, J.; Schneider, J. (2007). 「相互イベントを用いた太陽系外惑星の伴星の検出」.天文学と天体物理学. 464 (3): 1133–1138. arXiv : astro-ph/0703609 . Bibcode :2007A&A...464.1133C. doi :10.1051/0004-6361:20066111. S2CID  14665906.

• ウィクショナリーの二重惑星の辞書定義