双星系统有两个恒星，那行星还能稳定的运行吗？冥王星给出答案

“日出而作，日入而息。凿井而饮，耕田而食。帝力于我何有哉？”——击壤歌

冥王星虽已被贬为矮行星，但对它的研究让我们得到了关于地外遥远行星重要的信息！假如，一颗行星绕一个双星系统公转，当有两个引力源存在的时候，这个行星的运行会发生什么？以我们目前的观测水平，我们无法看到对地外行星进行比较细致的研究，但冥王星却为这个问题带来了一定的启示！

太阳系的行星、卫星基本上都遵循同样的规律

在我们生活的地球上，我认为最可靠的事情就是日出和日落。太阳从来不会打西边出来，也不会哪一天不出来。这就是我们自然界最简单、最直观的规律性。当一颗行星围绕太阳公转时，它既绕轴自转，又围绕太阳系质量最大的部分（太阳位于椭圆的一个焦点上）旋转。而行星的自转，导致了“夜晚到白天”的转变就产生了日出，而“白天到夜晚”的转变就产生了日落。这种规律性使得我们只需通过简单的科学知识，就可以准确地预测下一次日出/日落将在何时何地发生。

卫星基本上和行星一样，它既绕轴自转，也绕着母星运行，不过这个母星是行星并非恒星。在大多数情况下，卫星比它所环绕的行星质量要小得多，当然，行星的质量也比恒星要小得多。关于卫星在行星的带领下绕恒星运行的轨迹，我们一般会认为它是一种“环形”或“螺旋形”轨道，但实际上在大尺度的范围来看，卫星的轨道其实是非常“平滑”的！例如，你觉得下图中哪个图形准确的描述了月球绕太阳的轨道情形？思考一下！

正确答案其实是D。而其他的图形要么不正确，要么太夸张。

我们知道，月亮的自转周期和公转周期是一样的，每27.3天绕地球一周，也刚好自转了一周，而月亮上日出和日落的周期也正好是27.3天。从北极往下看，月球也在逆时针旋转，月球上的太阳也是从东方升起，从西方落下，这跟地球上看到的完全一样。

就我们太阳系来说，我们所知道的所有卫星都具有以下的共同特征：

1. 1. 它们有一个固定的自转周期，因为大多数卫星的自转都已经被自己的母行星潮汐锁定了，

2. 2. 它们都有一个稳定的轨道，因为卫星都会围绕自己的母行星稳定的公转，

3. 3. 它们都会随着自己的母行星围绕太阳运行。

到目前为止，我们测量的所有卫星都呈现出了稳定的日出日落模式，与我们在地球上看到的非常相似。但是，冥王星总有一些与众不同的地方。

另类的冥王星-卡戎系统

当我们观察太阳系中所有八颗“官方”行星的行星系统时，我们发现这些行星系统中几乎全部的质量都集中在行星上，所有的卫星加起来只占整个行星系统质量的一小部分。事实上，地月系统是最平衡的，我们的月球只有地球质量的1.2% ！

但是对于冥王星系统来说，它有一个巨大的卫星卡戎，它的质量超过了冥王星的10%。因此，对于冥王星-卡戎系统的外部卫星来说，它们不是被单一质量吸引（或锁定），而是会面对两个截然不同的质量，这两个质量都会影响它们的运行。

2015年7月14日，“新视野号”造访了冥王星，获得了很多关于冥王星的信息。现在，我们知道冥王星有五颗卫星：

1. 1. 卡戎是20世纪70年代末发现的最大的卫星，

2. 2. 冥卫三和冥卫五是两个相对较大的天体，比冥王星和卡戎要小得多，但直径仍超过50公里

3. 3. 冥卫二和冥卫四，这两颗卫星相对较小。

冥王星-卡戎系统，由于其自身和冥卫一对外围卫星施加了不寻常的引力，因此这个系统比我们所意识到的还要奇怪！新视野号追踪了冥卫三和冥卫五这两个最大的外卫星其在轨道上的运行情况，结果发现它们的运行方式是我们以前从未见过的。

冥王星的卫星“冥卫五斯提克斯”和“冥卫三许德拉”并不没有绕着一个固定的自转轴旋转，而是在冥王星-卡戎系统中胡乱地翻滚。当然，它们的公转轨道并不是那么混乱，而是处于稳定的、相互共振的轨道上，但是其自转的部分是完全混乱的！如果我们在冥卫三表面选择一个固定的点，我们会在某一天看到太阳从东方升起，然后在接下来的几天里太阳升起的角度会不断的变化，直到太阳从西方升起，然后以混乱的方式继续循环。

冥卫五的自转方式也是一样的，冥卫二和冥卫四的旋转特性能稍微好一点，但它们的自转也不稳定。

上图可以看到冥卫三和冥卫五在形状上都被拉长了，这是因为在其系统中有两个独立的引力源。比较有趣的是，冥为四比其他卫星要暗得多，呈显出了黑色，其中原因尚未被了解。

这是我们首次也是唯一一次成功地研究有两个重要质量天体的引力轨道系统，对冥王星-卡戎双质量轨道系统的研究得出来的结论（外卫星自转会变得混乱），可能对围绕双星系统运行的行星自转情况有着重要的指导意义！

对冥王星的研究，使我们获得了重要的信息

那么我们就可以推测出，在宇宙中的双星系统，由于中心有两个重要的质量，这两个质量在行星上产生的力矩可能会使其运动的自转部分保持固有的不稳定性，从而可能导致行星上日出和日落的方向是完全混乱和不可预测的，就像冥王星的卫星一样。

虽然我们的太阳系是个单星系统，但考虑到广阔的宇宙，我们可以想象像冥王星卫星这样的情况在宇宙中很常见。像我们太阳系这样的单星系统，在宇宙其实是个特殊的例子，宇宙中比较普遍的是双星、甚至三合星系统，那么在围绕这些系统运行的行星，可能会被各方的引力拉成椭球形，并且自转混乱，甚至公转轨道也不稳定。

这就是冥王星-卡戎系统，为我们探索外行星所带来的启示。