Tungl jarðar er um fjórðungur af breidd jarðar. Það kann að virðast ekkert sérstakt fyrr en þú berð aðrar reikistjörnur saman við fylgitungl þeirra: jafnvel stærstu tungl Júpíters og Satúrnusar eru aðeins lítið brot af þvermáli reikistjarnanna. Af reikistjörnunum átta hefur jörðin stærsta tunglið miðað við stærð móðurreikistjörnunnar.
Þennan sérstöðu þarf þó að setja í samhengi á tvo vegu. Tunglið okkar er ekki stærsta fylgitunglið að raunverulegri stærð, og jörðin og tunglið eru ekki jafn stórir félagar ef dvergreikistjörnur eru teknar með í samanburðinn. Fylgitungl Plútós, Charon, er hlutfallslega mun stærra. Áhugaverða spurningin er því ekki aðeins „Hversu stórt er tunglið?“ heldur „Stórt miðað við hvað?“
Hlutfall gerir þessa spurningu að gagnlegum samanburði. Það hjálpar líka til við að greina á milli þriggja hugtaka sem oft er ruglað saman: raunverulegrar stærðar, þyngdaráhrifa og sýnilegrar stærðar á himninum. Gagnvirkt kort af sólkerfinu sýnir núverandi stöðu reikistjarnanna; samanburðurinn hér að neðan varpar ljósi á annan þátt kerfisins — muninn á stærð reikistjarna og tungla þeirra.
Tunglið er meira en fjórðungur af breidd jarðar
Radíus tunglsins er 1,737.4 km. Ef meðalradíus jarðar er talinn um 6,371 km fæst hlutfallið um 0.273 þegar radíus tunglsins er deilt með radíus jarðar. Með öðrum orðum er þvermál tunglsins um 27.3% af þvermáli jarðar. Sama hlutfall gildir um radíus og þvermál, því að tvöföldun beggja mælinga breytir ekki hlutfalli þeirra.
Ímyndaðu þér jörðina sem 30 cm breiðan bolta. Á þeim skala væri tunglið um 8.2 cm í þvermál: nær stórri appelsínu en örsmárri perlu. Þetta er býsna stórt fylgitungl. En líkanið sýnir líka algenga gildru í skýringarmyndum. Í meðalverus Fjarlægð jarðar og tungls, 384,400 km, væru miðjur boltanna í um 9.1 metra fjarlægð hvor frá annarri. Mynd þar sem þau virðast næstum snertast getur sýnt rétt stærðarhlutfall en dregið mjög úr tómarýminu á milli þeirra.
Þvermál er aðeins ein leið til að mæla sambandið. Massi tunglsins er um einn áttugasti og fyrsti af massa jarðar, eða um 1.2%, ekki 27.3%. Rúmmál vex með þriðja veldi þvermálsins: hlutur sem er 0.273 sinnum jafn breiður hefur aðeins um 0.020 sinnum meira rúmmál, að því gefnu að lögunin sé sú sama. Það er um 2%.
Mismunurinn sem eftir stendur stafar af eðlismassa. Tunglið er að meðaltali eðlisléttara en jörðin, en stór járnríkur kjarni jarðar leggur mikið til massa hennar. Tungl getur því virst tilkomumikið stórt við hlið reikistjörnunnar án þess að vera nálægt því að vera jafnoki hennar hvað þyngdaráhrif varðar. Mikilvægt er að halda þvermáli og massa aðskildum þegar rætt er um hvort jörðin og tunglið líkist tvíreikistjörnu.
Stærri tungl geta verið smærri fylgifiskar
Ganymedes, tungl Júpíters, er stærsta tungl sólkerfisins, með um 5,268 km þvermál. Títan, tungl Satúrnusar, kemur þar á eftir með um 5,149 km þvermál. Bæði eru breiðari en Merkúríus og bæði talsvert breiðari en tunglið okkar, sem er 3,474.8 km í þvermál. Samt gera þau móðurreikistjörnurnar sínar ekki smáar í samanburði.
Miðað við meðalþvermál er Ganymedes aðeins um 3.8% af breidd Júpíters. Títan er um 4.4% af breidd Satúrnusar. Hlutfall jarðar og tungls, 27.3%, er því meira en sex sinnum hærra en annað hvort þessara hlutfalla. Það þýðir ekki að tunglið okkar sé sex sinnum stærra; það þýðir að hlutfallsleg stærð þess við sína eigin reikistjörnu er meira en sex sinnum meiri.
Neptúnus gefur annan gagnlegan samanburð. Stærsta tungl hans, Triton, er um 5.5% af þvermáli Neptúnusar. Það er hærra hlutfall en hjá Ganymedesi eða Títani, en samt langt undir hlutfalli jarðar og tungls. Mars er á hinum enda skalans: tvö lítil, óregluleg tungl hans eru smá miðað við reikistjörnuna.
Þessi samanburður skýrir hvers vegna röðun tungla eftir þvermáli svarar ekki spurningunni um hvaða reikistjörnukerfi hafi mest áberandi fylgitunglið. Tunglið okkar er í fimmta sæti meðal tungla sólkerfisins að raunverulegri stærð, en í fyrsta sæti miðað við móðurreikistjörnuna meðal reikistjarnanna átta. Sjáðu leiðarvísinn um tungl sólkerfisins til að fá yfirlit yfir fylgitungl sólkerfisins; hér skiptir mestu að greina á milli algildrar stærðarröðunar og hlutfalls.
Þýðir það að jörðin og tunglið séu tvíreikistjarna?
„Tvíreikistjarna“ er heillandi lýsing, en engin formleg skilgreining á hugtakinu hefur hlotið almenna viðurkenningu. Eitt viðmið sem hefur verið lagt til snýst um staðsetningu sameiginlegrar massamiðju himinhnutanna tveggja. Báðir hnöttirnir ganga um þennan punkt, sem kallast massamiðja; minni hnötturinn hringsólar ekki um stærri hnött sem stendur alveg kyrr.
Massamiðja jarðar og tungls er innan jarðar. Hægt er að áætla staðsetningu hennar út frá massahlutfallinu. Ef massi jarðar er um 81 sinnum meiri en massi tunglsins er massamiðjan í um einn áttugasta og öðrum hluta vegalengdarinnar milli miðjanna frá miðju jarðar. Með meðalverus fjarlægðina, 384,400 km, fæst um 4,700 km. Það er minna en um 6,371 km radíusi jarðar, svo samkvæmt þessum einfaldaða útreikningi er punkturinn um 1,700 km undir yfirborðinu.
Berðu nú saman Plútó og Charon. Charon er um helmingur af breidd Plútós og massi þess er um einn áttundi af massa Plútós. Massamiðja þeirra er utan Plútós, sem gerir þau að mun skýrara dæmi um tvíkerfi. Plútó er flokkaður sem dvergreikistjarna og því breytir þetta ekki sérstöðu jarðar meðal reikistjarnanna átta.
Viðmiðið um massamiðju er gagnlegt en dugar ekki eitt og sér sem fullkomin flokkunarregla. Staðsetning hennar ræðst bæði af fjarlægð og massa: ef sömu tveir hnettir væru færðir lengra hvor frá öðrum færðist massamiðjan lengra frá miðju hvors þeirra. Punktur utan stærri hnattarins nægir því ekki einn og sér til að staðfesta stöðu þeirra sem „tvíreikistjörnu“ samkvæmt almennri skilgreiningu. Hefðbundið er áfram litið á jörðina sem reikistjörnu og tunglið sem náttúrulegt fylgitungl hennar, þrátt fyrir óvenjustórt þvermál tunglsins miðað við jörðina.
Vísbending um hvernig tunglið myndaðist
Stærð tunglsins er eitt af mörgum atriðum sem kenning um uppruna þess þarf að skýra. Ríkjandi skýring er risárekstur: snemma í sögu jarðar kom stór árekstur efni á braut um hana og tunglið myndaðist úr efninu sem hringsólaði þar. Megindrættir skýringarinnar njóta mikils stuðnings, en nákvæmar aðstæður árekstursins og þróunin í kjölfarið eru enn viðfangsefni rannsókna.
Stærðin ein sannar ekki þá skýringu. Vísindamenn skoða einnig hverfiþunga kerfisins, tiltölulega lítinn málmkjarna tunglsins og efnafræðileg og samsætuleg líkindi milli efnis úr jörðu og tungli. Góð skýring þarf að gera grein fyrir þessum athugunum í heild, en ekki aðeins að mynda stórt fylgitungl í hermun.
Þetta er frábrugðið almennri mynd af því hvernig stór og regluleg tungl risareikistjarnanna mynduðust, en þau eru talin hafa orðið til í skífum af gasi og föstu efni umhverfis reikistjörnur sem voru að vaxa. Mismunandi myndunaraðstæður geta skapað mismunandi stærðarhlutföll milli reikistjörnu og fylgitungla hennar. Það er engin ástæða til að ætlast til þess að öll reikistjörnukerfi séu eftirlíkingar af hvert öðru í mismunandi skala.
Einnig ætti að greina á milli myndunar og þróunar síðar meir. Flóðkraftar hafa breytt jarð-tunglkerfinu með tímanum og tunglið fjarlægist jörðina um 3.8 cm á ári. Það breytir fjarlægðinni milli þeirra, ekki hlutfalli þvermála þeirra. Sömu víxlverkanir hjálpa til við að skýra samstillt samband brautarhreyfingar og snúnings þeirra, eins og fjallað er um í greininni um hvers vegna við sjáum alltaf sömu hlið tunglsins.
Hvers vegna virðist stórt fylgitungl samt lítið á himninum?
Hlutfallsleg stærð tunglsins miðað við jörðina er ekki það sama og sýnileg stærð þess frá jörðu. Það sem ræður útlitinu er þvermál tunglsins deilt með fjarlægðinni til þín. Ef notað er 3,474.8 km þvermál þess og meðalverus miðjufjarlægðin milli jarðar og tungls, 384,400 km, fæst hornþvermál sem er um 0.52 gráður. Þetta er gagnlegt gróft mat, en ekki nákvæm spá fyrir tiltekinn athugunarstað.
Þess vegna getur fylgitungl sem er meira en fjórðungur af breidd jarðar samt aðeins fyllt lítinn hluta himinsins. Fjarlægðin milli hnattanna er gríðarleg miðað við þvermál hvors þeirra. Ef tunglið væri lengra í burtu myndi það virðast minna án þess að verða raunverulega minna eða missa óvenjustórt stærðarhlutfall sitt miðað við jörðina.
Þessi greinarmunur er nytsamlegur þegar tunglljósmyndir eru bornar saman. Myndir sem teknar eru með mismunandi brennivídd, skurði eða forgrunni geta ekki sýnt að raunveruleg stærð tunglsins hafi breyst. Til að bera saman sýnilegt þvermál þarf að nota sama myndkvarða. Tunglamælaborð fyrir borgir sýna fjarlægð, hæð og azimut ásamt fasa og lýsingu og veita þannig gagnlegt samhengi þegar þú skráir athugun. Haltu uppsetningu myndavélarinnar óbreyttri, skráðu fjarlægðina og þá geturðu rannsakað hvernig sýnileg stærð tunglsins breytist án þess að rugla því saman við mun grundvallarspurninguna um hversu stórt fylgitunglið okkar er miðað við jörðina.