كوكب مزدوج

يدعو تعريف مقترح في المجلة الفلكية إلى أن يستوفي كلا الجسمين بشكل فردي معيار إخلاء المدار حتى يُطلق عليهما اسم كوكب مزدوج. ^{[ 5 ]}

أحد الاعتبارات المهمة لتحديد "الكواكب المزدوجة" هو نسبة كتلتي الجسمين. تشير نسبة الكتلة 1 إلى أجسام متساوية الكتلة، والأجسام ذات نسب الكتل الأقرب إلى 1 أكثر ملاءمة لتصنيفها كـ"كواكب مزدوجة". ^{[ 6 ]} باستخدام هذا التعريف، يمكن استبعاد أقمار المريخ والمشتري وزحل وأورانوس ونبتون بسهولة؛ إذ تقل كتلتها جميعًا عن 0.00025 ( 1/4000 ) من كتلة الكواكب التي تدور حولها. كما أن بعض الكواكب القزمة لها أقمار ذات كتلة أقل بكثير من كتلتها.

الاستثناء الأبرز هو نظام بلوتو-شارون. فنسبة كتلة شارون إلى بلوتو، البالغة 0.122 (≈ 1/8 ) ، قريبة جدًا من 1 ، لدرجة أن العديد من العلماء وصفوا بلوتو وشارون مرارًا وتكرارًا بأنهما "كواكب قزمة مزدوجة" (كواكب مزدوجة قبل تعريف "الكوكب" في عام 2006). وقد صنّف الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) شارون سابقًا كقمر تابع لبلوتو، ولكنه أبدى صراحةً استعداده لإعادة النظر في تصنيفهما ككواكب قزمة مزدوجة في المستقبل. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، صنّف تقرير صادر عن الاتحاد الفلكي الدولي عام 2006 نظام شارون-بلوتو ككوكب مزدوج. ^{[ 8 ]}

تبلغ نسبة كتلة القمر إلى كتلة الأرض 0.01230 (≈ 1/81 ) ، وهي نسبة قريبة جدًا من 1 مقارنةً بجميع نسب كتلة الأقمار إلى الكواكب الأخرى. ونتيجةً لذلك، ينظر بعض العلماء إلى نظام الأرض والقمر على أنه كوكب مزدوج، مع أن هذا الرأي لا يحظى بشعبية كبيرة. يبلغ نصف قطر قمر إريس الوحيد، ديسنوميا ، حوالي ربع نصف قطر إريس ؛ وبافتراض كثافات متقاربة (قد يختلف تركيب ديسنوميا عن تركيب إريس اختلافًا كبيرًا أو لا)، فإن نسبة الكتلة ستكون قريبة من 1/40 ، وهي قيمة متوسطة بين نسبتي كتلة القمر إلى كتلة الأرض وكارون إلى كتلة بلوتو .

حالياً، يُعدّ التعريف الأكثر شيوعاً لنظام الكوكب المزدوج هو النظام الذي يقع فيه مركز الثقل ، الذي يدور حوله كلا الجسمين، خارج كليهما. ^{[ 9 ]} وبناءً على هذا التعريف، يُعتبر بلوتو وشارون كوكبين قزمين مزدوجين، لأنهما يدوران حول نقطة تقع بوضوح خارج بلوتو، كما يظهر في الرسوم المتحركة المُنشأة من صور مسبار الفضاء " نيو هورايزونز" في يونيو 2015.

وفقًا لهذا التعريف، لا يُعدّ نظام الأرض والقمر حاليًا نظامًا كوكبيًا مزدوجًا؛ فعلى الرغم من أن القمر ضخم بما يكفي ليُحدث دورانًا ملحوظًا للأرض حول مركز كتلته، إلا أن هذه النقطة تقع داخل مدار الأرض. ومع ذلك، يبتعد القمر حاليًا عن الأرض بمعدل 3.8 سم (1.5 بوصة) تقريبًا سنويًا؛ وفي غضون بضعة مليارات من السنين، سيقع مركز كتلة نظام الأرض والقمر خارج مدار الأرض، مما سيجعله نظامًا كوكبيًا مزدوجًا.  

يقع مركز كتلة نظام المشتري-الشمس خارج سطح الشمس، مع أن القول بأن المشتري والشمس نجم ثنائي لا يُشابه القول بأن بلوتو-شارون كوكب قزم ثنائي. المشتري خفيف جدًا ليكون نجمًا مندمجًا ؛ فلو كان أثقل بثلاث عشرة مرة، لكان قد حقق اندماج الديوتيريوم وأصبح قزمًا بنيًا . ^{[ 10 ]}

اقترح إسحاق أسيموف تمييزًا بين هياكل الكواكب والقمر وهياكل الكواكب المزدوجة، استنادًا جزئيًا إلى ما أسماه قيمة " شد الحبل "، التي لا تأخذ في الاعتبار أحجامها النسبية. ^{[ 11 ]} هذه الكمية هي ببساطة نسبة القوة التي يؤثر بها الجسم الأكبر (الرئيسي) على الجسم الأصغر إلى القوة التي تؤثر بها الشمس على الجسم الأصغر. ويمكن إثبات أن هذه النسبة تساوي

$${\displaystyle {\text{قيمة شد الحبل}}={\frac {m_{\mathrm {p} }}{m_{\mathrm {s} }}}\cdot \left({\frac {d_{\mathrm {s} }}{d_{\mathrm {p} }}}\right)^{2}}$$

حيث تمثل m_{_p} كتلة الجسم الرئيسي (الجسم الأكبر)، وm _{_s} كتلة الشمس، و d _{_s} المسافة بين الجسم الأصغر والشمس، و d_{_p} المسافة بين الجسم الأصغر والجسم الرئيسي. ^{[ 11 ]} لا تعتمد قيمة شد الحبل على كتلة القمر الصناعي (الجسم الأصغر).

تعكس هذه الصيغة في الواقع العلاقة بين تأثيرات الجاذبية على الجسم الأصغر من الجسم الأكبر ومن الشمس. تبلغ قيمة قوة الجذب لقمر زحل تيتان 380، مما يعني أن قوة جذب زحل لتيتان تفوق قوة جذب الشمس له بـ 380 مرة. ويمكن مقارنة قيمة قوة الجذب لتيتان بقيمة قوة الجذب لقمر زحل فويب ، والتي تبلغ 3.5 فقط؛ أي أن قوة جذب زحل لفويب تفوق قوة جذب الشمس له بـ 3.5 مرة فقط.

حسب أسيموف قيم قوة التجاذب بين عدة أقمار للكواكب. وأظهر أن حتى أكبر كوكب غازي عملاق، المشتري، لم يكن يتمتع إلا بقبضة أقوى قليلاً من الشمس على أقماره الخارجية التي استولت عليها، حيث لم تتجاوز قيم قوة التجاذب في بعضها الواحد بقليل. وفي جميع حسابات أسيموف تقريبًا، وُجد أن قيمة قوة التجاذب أكبر من واحد، لذا في تلك الحالات تخسر الشمس في التجاذب مع الكواكب. الاستثناء الوحيد كان قمر الأرض، حيث فازت الشمس في التجاذب بقيمة 0.46، مما يعني أن قبضة الأرض على القمر أقل من نصف قوة قبضة الشمس. وقد ضمّن أسيموف هذه النتيجة ضمن حججه الأخرى التي تدعو إلى اعتبار الأرض والقمر كوكبًا ثنائيًا. ^{[ 11 ]}

إذن، يمكننا النظر إلى القمر ليس كقمر تابع للأرض ولا كقمر أسير، بل ككوكب مستقل يدور حول الشمس بتناغم تام مع الأرض. من منظور نظام الأرض والقمر، أبسط طريقة لتصور الوضع هي أن القمر يدور حول الأرض؛ ولكن لو رسمنا مداري الأرض والقمر حول الشمس بدقة متناهية، لرأينا أن مدار القمر مقعر باتجاه الشمس في كل مكان. إنه دائمًا "يتجه نحو" الشمس. أما جميع الأقمار الأخرى، دون استثناء، "تبتعد" عن الشمس خلال جزء من مداراتها، إذ تجذبها قوة جاذبية كواكبها الرئيسية - باستثناء القمر. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ الحاشية 1 ]} 

راجع قسم مسار الأرض والقمر حول الشمس في مقال "مدار القمر" للحصول على شرح أكثر تفصيلاً.

يعتمد تعريف الكوكب المزدوج على بُعد الكوكبين عن الشمس. فلو دار نظام الأرض والقمر على مسافة أبعد من الشمس مما هو عليه الآن، لكانت الأرض هي الفائزة في صراع الجاذبية. على سبيل المثال، في مدار المريخ، تبلغ قيمة تأثير القمر في صراع الجاذبية 1.05. كما أن العديد من الأقمار الصغيرة التي اكتُشفت منذ اقتراح أسيموف تُصنّف ككواكب مزدوجة وفقًا لهذا التعريف. فعلى سبيل المثال، يبلغ تأثير قمري نبتون الخارجيين الصغيرين، نيسو وبساماتي ، 0.42 و0.44 على التوالي، أي أقل من تأثير قمر الأرض. ومع ذلك، فإن كتلتيهما صغيرتان جدًا مقارنةً بكتلة نبتون، بنسبة تقديرية تبلغ 1.5 × 10⁻⁶^-9 ( 1 ⁄ 700,000,000 ) و 0.4 × 10⁻⁹ ( 1 ⁄ 2,500,000,000 ).

أما الاعتبار الأخير فيتعلق بكيفية تشكّل نظام الأرض والقمر ونظام بلوتو وشارون. يُعتقد أن كلا النظامين قد تشكّلا نتيجة اصطدامات هائلة : حيث اصطدم جسم بآخر، مما أدى إلى تكوّن قرص من الحطام، ومن خلال التراكم، تشكّل إما جسمان جديدان أو جسم واحد جديد مع بقاء الجسم الأكبر (لكنه تغيّر). مع ذلك، لا يُعدّ الاصطدام الهائل شرطًا كافيًا لاعتبار جسمين "كواكب مزدوجة"، لأن مثل هذه الاصطدامات قد تُنتج أيضًا أقمارًا صغيرة، مثل الأقمار الخارجية الأربعة الصغيرة لبلوتو.

كانت إحدى الفرضيات التي تم التخلي عنها الآن لأصل القمر تُعرف باسم "فرضية الكوكب المزدوج"؛ حيث تفترض هذه الفرضية أن الأرض والقمر تشكلا في نفس المنطقة من القرص الكوكبي الأولي للنظام الشمسي ، مُشكلين نظامًا تحت تأثير الجاذبية. إلا أن هذه الفرضية تُشكل إشكالية في تعريف جسمين على أنهما "كوكبان مزدوجان"، لأن الكواكب قد "تستحوذ" على أقمارها من خلال التفاعل الجاذبي. على سبيل المثال، يُعتقد أن قمري المريخ ( فوبوس وديموس ) هما كويكبان استحوذ عليهما المريخ منذ زمن بعيد. وبناءً على هذا التعريف ، يُعتبر نبتون-تريتون أيضًا كوكبًا مزدوجًا، لأن تريتون كان جرمًا من حزام كايبر بنفس حجم بلوتو وتركيبه، ثم استحوذ عليه نبتون لاحقًا .