Çift gezegen

Çift gezegen (aynı zamanda ikili gezegen ), astronomide iki adet gezegen veya gezegen kütleli nesneden oluştuğu ve bunların ortak ağırlık merkezinin her iki cismin de dışında yer aldığı ikili bir uydu sistemidir.

Samanyolu'ndaki yıldız sistemlerinden üçte birinin çift yıldız sistemi olmasına rağmen,^[1] tipik olarak gezegen-uydu kütle oranının yaklaşık 1:10.000 olması, ikili uydu sistemlerinin ana yıldızın kütle çekiminden büyük ölçüde etkilenmeleri ^[2] ve dev çarpma hipotezine göre yalnızca belirli koşullar altında kütle çekimi açısından kararlı olmaları nedenleriyle çift gezegen sistemlerine nadiren rastlanılmaktadır.

Güneş Sistemi bünyesinde resmi olarak tanımlanmış bir çift gezegen sistemi bulunmamaktadır, ancak Dünya - Ay sistemi bazen bir çift gezegen sistemi olarak kabul edilir. Avrupa Uzay Ajansı tarafından, SMART-1 misyonunun tanıtım materyallerinde Dünya-Ay sisteminden çift gezegen olarak bahsedilmiştir.^[3]

Cüce gezegen adaylarından bazıları ikili gezegen sistemi olarak tanımlanabilmektedir. Uluslararası Astronomi Birliği, 2006 Genel Kurulunda Plüton ve Charon'un çift gezegen olarak yeniden sınıflandırılması önerisini gündemine almış,^[4] ancak bahse konu öneri IAU'nun mevcut gezegen tanımı lehine kabul edilmemiştir. Gezegen kütlesine sahip uydulara sahip diğer Neptün ötesi sistemler arasında Eris – Dysnomia, Orcus – Vanth ve Varda – Ilmarë bulunur.

Üyeleri yaklaşık olarak eşit kütleye sahip olan ikili asteroitler ise kimi zaman ikili küçük gezegen olarak sınıflandırılmaktadır. Bunlar arasında ikili asteroitler 69230 Hermes ve 90 Antiope ve ikili Kuiper kuşağı nesneleri (KBO'lar) 79360 Sila–Nunam ve 1998 WW31 yer almaktadır.

Plüton-Charon sistemi, Dünya-Ay sistemine göre ikili yapıya daha yakındır. (Uzaklıklar ölçekli değildir.)

Dünya Ay sistemi zaman zaman resmi olmayan biçimde çift gezegen olarak tanımlanabilmektedir. (Kütleler yüzey alanlarına göre değil, kabaca hacimlerine göre oranlanmıştır.) ^[3]

Bir "çift gezegen" ile "uydu sistemi"ni ayırt etmek için hangi ölçütlerin kullanılması gerektiği konusunda çeşitli tartışmalar bulunmaktadır. Aşağıda bu konudaki temel argümanlara yer verilmiştir.

Astronomical Journal'da önerilen bir tanıma göre, iki nesnenin çift gezegen olarak adlandırılabilmesi için her iki cismin de, ayrı ayrı olarak yörünge temizleme kriterini karşılaması gerekmektedir.^[5]

"Çift gezegen" tanımlamasında kullanılmakta olan önemli bir kriter, iki cismin kütlelerinin birbirine olan oranıdır. Oran olarak 1 değerini alan kütle oranı, eşit kütleye sahip iki cisim bulunduğunu ifade eder. Bu nedenle bu oranın 1'e yakın olduğu cisimlerin "çift gezegen" olarak tanımlanabilmesi daha olasıdır. Bu tanımı kullanarak, Mars, Jüpiter, Satürn, Uranüs ve Neptün'ün doğal uyduları çift gezegen tanımının dışında bırakılabilir. Bazı cüce gezegenlerin uyduları da benzer şekilde ana cisme göre çok daha küçük kütlelere sahiptir.

Bu kapsamda yer alan en dikkat çekici istisna Plüton-Charon sistemidir. Charon-Plüton'un 0,122 (≈¹⁄₈ ) değerli kütle oranı 1'e o kadar yakındır ki Plüton ve Charon birçok bilim insanı tarafından sıklıkla "çift cüce gezegen" ("gezegenin 2006 tanımından önce" "çift gezegen") olarak tanımlanmıştır. Uluslararası Astronomi Birliği (IAU) daha önce Charon'u Plüton'un uydusu olarak sınıflandırmış olmasına rağmen, ilerleyen dönemlerde bu gök cisimlerinin bir çift cüce gezegen olarak yeniden sınıflandırılabileceği ifade edilmiştir.^[6] Öte yandan, 2006 tarihli bir IAU raporunda Charon-Plüton ikilisi bir çift gezegen olarak sınıflandırılmıştır.^[7]

0,01230 (≈¹⁄₈₁ ) düzeyindeki Ay-Dünya kütle oranı ise Güneş Sistemi bünyesindeki diğer tüm uydu-gezegen oranlarıyla karşılaştırıldığında 1 oranına oldukça yakındır. (Diğer gezegenlerin uydularıyla olan kütle oranlarının tümü 0,0025 seviyesinin altındadır.) Sonuç olarak, azınlıkta da olsa, bazı bilim insanları Dünya-Ay sistemini de bir çift gezegen olarak sınıflandırmaktadır. Eris'in tek uydusu Dysnomia'nın yarıçapı Eris'in yarıçapının neredeyse ¹⁄₄'i düzeyindedir; benzer yoğunlukları olduğu varsayıldığında (Dysnomia'nın iç bileşen yapısı Eris'inkinden önemli ölçüde farklı olabilir veya olmayabilir), iki nesnenin kütle oranı, Ay-Dünya ve Charon-Plüton oranlarına yakın bir değer olan ¹⁄₄₀ seviyesine yakın olmalıdır.

Halihazırda, çift gezegen sistemi için önerilen en yaygın tanım, cisimlerin çevresinde dönmekte olduğu çift merkezinin her iki cismin de kütlesinin dışında yer almasıdır. Bu tanıma göre Plüton ve Charon Haziran 2015'te New Horizons uzay aracının görüntülerinden oluşturulan animasyonlar uyarınca çift cüce gezegenlerdir.

Bu tanıma göre, Dünya-Ay sistemi şu anda bir çift gezegen değildir. Bunun nedeni ise Ay'ın sistem içinde ortak bir nokta çevresinde gözle görülür bir dönüş yapmasına yetecek kadar büyük olmasına rağmen, sistemin çift merkezinin Dünya'nın kütlesinin oldukça içinde yer almasıdır. Ay sürekli olarak her yıl Dünya'dan yaklaşık 3,8 cm (1,5 in) oranında dışarı doğru hareket ettiği göz önüne alındığında; birkaç milyar yıl içinde, Dünya-Ay sisteminin kütle merkezinin Dünya'nın kütlesinin dışında yer alması ve bir çift gezegen sistemi haline gelmesi beklenmektedir.

Jüpiter-Güneş sisteminin kütle merkezi Güneş'in yüzeyinin dışında yer almasına rağmen,;Jüpiter'in füzor olamayacak kadar hafif olması nedeniyle bir çift yıldız olarak kabul edilemez. Jüpiter'in on üç kat daha ağır olması halinde, döteryum füzyonu gerçekleşebilir ve Jüpiter bir kahverengi cüce olarak sınıflandırılabilirdi.^[8]

Isaac Asimov, kısmen " astronomik çekişme" (İng. tug-of-war) değeri olarak adlandırdığı ve cisimlerin göreceli boyutlarını dikkate almayan bir değere dayanarak gezegen-uydu ve çift gezegen yapıları arasında bir ayrım yapılmasını önermiştir. Bu nicelik, daha büyük (birincil) cismin daha küçük cisme uyguladığı kuvvetin, Güneş'in daha küçük cisme uyguladığı kuvvete olan oranıdır. Bunun eşit olduğu aşağıdaki biçimde gösterilebilir;^[9]

$${\displaystyle {\text{tug-of-war value}}={\frac {m_{\mathrm {p} }}{m_{\mathrm {s} }}}\cdot \left({\frac {d_{\mathrm {s} }}{d_{\mathrm {p} }}}\right)^{2}}$$

bu formülde m_p birincil (daha büyük) cismin kütlesini, m_s Güneş'in kütlesini, d_s küçük cisim ile Güneş arasındaki mesafeyi ve d_p ise küçük cisim ile birincil cisim arasındaki mesafeyi göstermektedir.^[9] Astronomik çekme değeri uydunun (daha küçük olan cismin) kütlesine bağlı değildir.

Bu formül aslında büyük cismin ve Güneş'in küçük cisim üzerindeki kütle çekim etkileri arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Örneğin, Satürn'ün uydusu Titan için bu oran 380'dir, bu da Satürn'ün Titan üzerindeki etkisinin Güneş'in Titan üzerindeki etkisinden 380 katı fazla olduğu anlamına gelmektedir. Titan için hesaplanan bu değer, sadece 3,5'luk bir çekme değerine sahip olan Satürn'ün uydusu Phoebe ile karşılaştırılabilir; bunun anlamı Satürn'ün Phoebe üzerindeki etkisi, Güneş'in Phoebe üzerindeki etkisinin sadece 3,5 katı olduğudur.

Asimov, gezegenlerin kütleçekimsel olarak bağlı olduğu çeşitli uydular için çekme değerlerini hesaplamıştır. Bu kapsamda, Güneş Sistemi'ndeki en büyük gaz devi Jüpiter'in bile, daha dış kısımlarında yakalanmış uyduları üzerinde Güneş'ten yalnızca biraz daha fazla bir çekme değerine sahip olduğu, bazılarının ise çekme değerlerinin 1 değerinden çok daha yüksek olmadığını göstermiştir. Asimov'un hesaplamalarının hemen hepsinde çekme değerinin 1'den büyük olduğu, dolayısıyla Güneş'in bu cisimler üzerinde gezegenlerden daha az bir çekme kuvveti olduğu görülmektedir. Bu durumun tek istisnası, Güneş'in 0,46'lık bir değerle çekmekte olduğu Ay'dır; bu da Dünya'nın Ay üzerindeki tutuşunun Güneş'in tutuşunun yarısından daha az güçlü olduğu anlamına gelmektedir. Asimov, Dünya ve Ay'ın ikili gezegen olarak kabul edilmesi gerektiği yönündeki diğer argümanlarına bunu da dahil etmiştir.^[9]

O halde Ay'a ne Dünya'nın gerçek bir uydusu ne de yakalanmış bir uydu olarak değil, Dünya ile birlikte Güneş'in etrafında dikkatli adımlarla hareket eden kendi başına bir gezegen olarak bakabiliriz. Dünya-Ay sistemi içinde durumu resmetmenin en basit yolu Ay'ın Dünya etrafında döndüğünü düşünmektir; ancak Dünya ve Ay'ın Güneş etrafındaki yörüngelerinin tam ölçekli bir resmini çizecek olursanız, Ay'ın yörüngesinin her yerde Güneş'e doğru içbükey olduğunu görürsünüz. Yani Ay her zaman Güneş'e doğru "düşmektedir". İstisnasız diğer tüm uydular, yörüngelerinin bir bölümünde Güneş'ten "uzaklaşırlar", ana gezegenlerinin üstün çekimine kapılırlar – ama Ay öyle değildir.^{[9][10][Footnote 1]}

— Isaac Asimov

Çift gezegen tanımı, çiftin Güneş'e olan uzaklığına göre değişiklik arz etmektedir. Eğer Dünya-Ay sistemi Güneş'e şimdikinden daha uzak bir mesafede yer alan bir yörüngede bulunsaydı, o zaman Dünya Güneş'e oranla Ay'ı daha kuvvetli bir biçimde çekecektir. Örneğin, Mars'ın yörüngesinde Ay'ın çekme değeri 1,05 düzeyinde olurdu. Ayrıca Asimov'un önerisinden bu yana keşfedilen birkaç minik uydu da bu argümana göre çift gezegen olarak tanımlanabilmektedir. Örneğin, Neptün'ün küçük dış uyduları Neso ve Psamathe'nin çekme değerleri 0,42 ve 0,44'tür; bu değerler Dünya'nın uydusu Ay'ınkinden daha düşüktür. Ancak kütleleri Neptün'ünkiyle karşılaştırıldığında çok küçüktür ve tahmini olarak Neptün'e göre 1,5 ×10^-9 (¹⁄_700,000,000 ) ve 0,4 ×10^-9 (¹⁄_{2,500,000,000} ) oranındadır.

Son olarak, iki cismin bir sistem oluşturabilmesinin hem Dünya-Ay hem de Plüton-Charon sistemleri göz önüne alındığında büyük çarpışmalar sonucunda ortaya çıktığı düşünülmektedir: Buna göre, bir gök cisminin diğer bir gök cismiyle çarpışması sonucu bir enkaz diski oluşmuş ve birikme yoluyla ya iki ayrı gök cisminde birikmesi biçiminde gerçekleşmiştir. Çarpma olayları sonucunda iki ayrı cisim ortaya çıkabileceği gibi daha büyük tek bir cisim de meydana gelebilir. Ancak, iki cismin "çift gezegen" olması için devasa bir çarpışma yeterli bir koşul değildir; çünkü bu tür çarpışmalar, Plüton'un dört küçük dış uydusu gibi, çok daha küçük uydular da meydana getirebilir.

Ay'ın kökenine ilişkin günümüzde terk edilmiş bir hipotez "çift gezegen hipotezi" olarak adlandırılmaktadır; bu hipoteze göre Dünya ve Ay; Güneş Sistemi'nin ön-gezegen diskinin aynı bölgesinde oluşmuş ve kütle çekimsel etkileşim altında bir sistem oluşturmuşlardır. Bu hipotez günümüzde kabul görmemektedir, çünkü gezegenler kütle çekimsel etkileşim yoluyla uyduları "yakalayabilmektedirler". Örneğin Mars'ın uydularının (Phobos ve Deimos) Mars tarafından uzun zaman önce yakalanmış asteroitler olduğu düşünülmektedir. Böyle bir tanımlama, Triton'un Plüton ile aynı büyüklükte ve benzer yapıda bir Kuiper kuşağı cismi olması ve daha sonra Neptün tarafından yakalanması nedeniyle, Neptün-Triton'un da bir çift gezegen olarak sınıflandırılmasını gerektirecektir.

Bilgi notları

1. ^ Asimov, Güneş etrafındaki Dünya-Ay yörünge modelini tanımlamak için "içbükey" terimini kullanırken, Aslaksen aynı modeli tanımlamak için "dışbükey" terimini kullanmaktadır. Hangi terimin kullanılacağı yalnızca gözlemcinin bakış açısına bağlıdır. Güneş'in bakış açısından Ay'ın yörüngesi içbükeydir; fakat Ay'ın yörüngesinin dışından, örneğin Mars gezegeninden, dışbükeydir.

Alıntılar

Bibliyografya

• Stern, S. Alan (27 Şubat 1997). "Clyde Tombaugh (1906–97) Astronomer who discovered the Solar System's ninth planet". Nature. 385 (6619): 778. doi:10.1038/385778a0. 
• Lissauer, Jack J. (25 Eylül 1997). "It's not easy to make the Moon". Nature. 389 (6649): 327-328. doi:10.1038/38596. 

İlave okuma

• Asimov, Isaac (1960). The Double Planet. New York: Abelard-Schuman. 
• Asimov, Isaac (1990). Pluto: A Double Planet?. Milwaukee: G. Stevens. ISBN 9781555323738. 
• Cabrera, J.; Schneider, J. (2007). "Detecting companions to extrasolar planets using mutual events". Astronomy and Astrophysics. 464 (3): 1133-1138. arXiv:astro-ph/0703609 $2. doi:10.1051/0004-6361:20066111. 

• Vikisözlük'te Çift gezegen ile ilgili tanım bulabilirsiniz.