月球距地球38万公里,那宇宙中星球之间最小安全距离是多少?

暖色调111


对于较大天体来说,一般情况下它们都不会靠得很近。如果距离太近,它们无法形成稳定的轨道,而且小天体可能会被大质量天体的引力撕碎,这个极限距离就叫做洛希极限。

图:流浪地球剧照

在电影《流浪地球》里,为了利用木星的引力弹弓效应来加速地球,人类驾驶着地球靠近木星。但由于行星发动机的损坏,地球无法变轨,直接向着木星而去。电影中就出现了洛希极限这一概念,并且围绕着这一概念展开了剧情。

当一个天体太靠近另一个大天体时,大天体的引力会对小天体产生一个使小天体变形的潮汐力(地球的潮汐就是太阳和月球的引力引起的)。当潮汐力和小天体维持自身形状的引力相等时,小天体就可能会破碎,形成围绕大天体的碎石环。这个距离就是洛希极限。

图:土星

洛希极限的计算有两个公式,一个是固体天体的,另一个是液体的。



固体的洛希极限:

流体的洛希极限

R是大天体的半径,ρM是大天体的密度,ρm是小天体的密度。

从上式可见,洛希极限没有一个固定的值,也就是说,没有所谓固定的安全距离,要根据两个天体的情况进行计算。另外,在电影《流浪地球》里,洛希极限的计算是错误的,木星破碎地球的洛希极限在木星半径之内。也就是说,地球不会被木星的引力撕碎。


讲科学堂



地月之间的38万公里并不是恒定不变的,天文学家们利用美国登月时架在月球的激光反射镜证明了月球在以每年3.8厘米的速度远离地球,同时地球的自转速度也在因为月球引力作用而逐渐变慢,2亿年之后1天就是25小时了。

可以肯定的是在早期地球上月亮一定比现在看上去要大的多,甚至恐龙时期的月亮也要比现在大一圈,在天体运行层面引力才是主导一切的力,因此安全距离和两个天体的引力强度有着很大的关系。



天体物理学上把两个星球之间的安全距离称为洛希极限,比方说如果月球突然靠近地球,那么在靠近到一定程度之后地球的引力就会把月球撕碎或者拉入“怀抱”,而以上行为的最小发生距离就是洛希极限。

在今年上映的流浪地球中,地球在最后之所以要点燃木星就是因为距离已经逼近洛希极限了,再不离开的话地球就会被撕碎。


宇宙中的星球并没有固定的安全距离,都是按照两个天体的质量结合引力来计算的,不过目前的太阳系已经不是早期那种混乱状态了,现如今各个行星系统中的卫星和行星的距离都很安全了,不安全的早就在混乱时期被撕碎或者拉入怀抱了。


宇宙探索未解之迷


宇宙间的规则很简答:吨位决定地位,地位有需要合适的位置(距离)来体现。宇宙能够保持稳定的状态与天体之间的保持的适当的距离有密切关系。

前段时间随着《流浪地球》的播出,为广大观众科普了一波天文学知识,宇宙虽然大,但是天体为了保证安全不能想在哪就在哪,下面两个重要的概念均与安全距离有关。

图释:美国天文学家希尔

希尔球半径

以月球为例,有没有想过为啥月球没有被引力更大的太阳吸走,而始终围绕地球旋转,主要的原因就是月球处在地球的希尔球半径内,通俗的表达就是在希尔球半径内地球对于月球的作用要大于太阳对于月球的作用力,也正如开头所说的,吨位需要通过合适的距离才能体现出来。

图释:拉格朗日点图,即引力平衡点图

希尔球就是各大天体的引力范围,地球的希尔球半径是150万公里,月球距离地球38万公里,切好处于这个范围内,因此地球对于月球的吸引力要大于太阳的吸引力,所以月球不会流浪。

洛希极限

洛希极限规定了卫星距离行星的最小距离,如果小的天体距离所环绕的天体距离小于洛希极限,那么小天体就有可能在大天体引力作用下而发生解体。

因为在小距离内大天体对于小天体的作用力会非常大,如果这个作用力超过小天体维持自身结构的力,那么就会解体。

洛希极限与天体的自身密度和大天体的半径有关,粗略计算为大天体半径的1.26-2.44倍,带入月球密度和地球密度计算得出地球相对月球的洛希极限大约是9189公里到17794公里之间。

综合希尔球半径和洛希极限,也就说如果月球不突破这个范围,月球就是安全的,地球也是安全的。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


月球距地球38万公里,那宇宙中星球之间最小安全距离是多少?

天体之间的安全距离是一个很难确定的概念,因为恒星和中子星以及白矮星等这些天体的辐射值也是一个衡量参数,但比较通行的说法是可以用天体的洛希极限来衡量!

洛希极限:即一个小天体被答天体的引力撕碎的最远距离,即为这类天体的洛希极限!

为什么称为这类天体?

因为不同的天体的洛希极限距离是不一样的,流体的洛希极限会比较远一些,因为这类天体的结构强度比较低,因此在比较远的距离就可能被撕碎!而刚体的罗西极限则比较近一些,因为结构强度够高!

上图就是苏梅克-列韦9彗星闯入了木星的洛希极限,被木星引力撕碎成了二十几块!

但有一点需要注意下的是:当小天体(刚体)的密度大大超过大天体(2倍大天体密度),那么它的洛希极限将会在大天体的内部,即掉落大天体才会导致结构碎裂!这就是人造卫星在地球的洛希极限内飞行却没有被地球的潮汐引力撕碎的原因!

刚体的洛希极限近似计算公式和流体的洛希极限近似公式,有兴趣的朋友可以计算下,假如按刚体计算的话,木星的对于地球的洛希极限范围是0.78387R(木星半径)范围内,已经在木星的内部!

木星密度为:1.326g/cm³

地球的密度:5.507g/cm³

因此很容易就可以计算出地球的洛希极限将会在木星的内部,不过地球能用刚体来计算吗?应该是介于流体和刚体之间的一个天体,但即使不按刚体计算,地球的洛希极限也会更靠近木星一些!

有朋友认为地球罗西极限在木星内部,当然这没有问题,但就此纠结《流浪地球》不够严谨,这就比较搞笑了,毕竟《流浪地球》不是一本教科书,它不是让你来计算洛希极限的,而是让你认识有洛希极限这一个概念!如果要纠结严谨这个概念,那么好莱坞卖座的任何一部大片,都可以挑出它十个以上的不严谨漏洞!

我们再来做个简单的计算,看看月亮要近到什么位置才会不安全!

月球的密度:3.35g/cm³

按刚体的计算结果为:9508.5KM,即一万千米不到,那么当只有一万千米时,月亮看起来视角有多大呢?月球直径约:3476.28千米

那么视角为:20.72°

必须要注意的是,此时并不只是地球对月球的潮汐引力,月球对地球有同样的潮汐引力!两者互相角力的过程会让地球上海洋翻天覆地,地壳也会受到潮汐引力的作用涨落,地震火山家常便饭,大气层受到潮汐引力作用会引起超强风暴,人类在这样的世界里活不过数月!


星辰大海路上的种花家


星球之间的安全距离受两个指标约束,一个是希尔球半径,一个是洛希极限。

宇宙中所有天体运行都是遵循万有引力规律约束,这个万有引力的本质是具有质量的天体对周围时空造成的扰动,或者说叫时空弯曲、时空漩涡、时空陷阱,都是一码事。

万有引力就是说引力是质量的根本属性,不管多么小的质量,都有引力,但太小的物质,引力几乎很难感测,因此引力一般表现为宏观力,越大的天体引力越大。

计算两个物体之间的引力大小公式为:F=GMm/r^2

其中G为引力常量(6.67×10^-11N·m^2/kg^2),M和m为发生引力的大小物体,r为它们之间的距离。

引力从理论上来说是长程力,影响可以达到无限远。但引力大小与质量成正比,与距离成反比。

是什么意呢?就是说两个相互作用的物体质量越大引力越强,质量越小引力越弱。随着距离的加大,引力影响会呈指数级递减。而在太空中,有着无数的天体,都对周边时空有扰动,它们相互影响干扰,因此一个星球的引力就不可能影响无限远。

这样就有一个基本引力影响范围,这个范围就是希尔球。

在希尔球半径内,天体之间会有非常明显的影响,一般都会形成一个主卫系统或者双星系统,但出了希尔球半径,天体之间的引力影响就没有控制力了。

希尔球半径的计算公式为:其中r为希尔球半径,m为被计算希尔球天体质量,M为影响m运行轨迹的大天体质量,a为m公转轨道的半长轴。

根据上述公式计算,地球的希尔球半径约150万公里,也就是说在150万公里范围内,这个地方是地球引力平衡点,所谓拉格朗日点是也。

小天体在地球希尔球半径内,受地球引力影响,出了这个范围,地球就管不了了,就会受太阳引力影响。月球距离地球半长轴为38.4万公里,因此毫无疑问的在地球引力控制之下。

希尔球半径只是一个近似值,天体在太空中的引力受到影响的因素太多了,要精确计算很难,而且引力衰减也是渐进的,并不是到了希尔球半径外就突然没有了,在半径内就一样强大。但这个毕竟是小天体距离主星最远的大致安全距离。

再来说说洛希极限。所谓洛希极限就是小天体靠近大天体时最极端的危险区域,只要到达这个区域,小天体就会被大天体的引力潮汐撕成碎片。

引力潮汐是大型天体对小天体引力部位不均匀的拉扯状态,越靠近的地方引力越强大,越远的地方引力越弱。一个天体靠近大天体时,大天体引力作用于小天体不同部位的力度就完全不一样,这种不均衡的拉扯,达到一定强度,就会把小天体扯得分崩离析。

所以我们总说小行星撞击地球导致爆炸威力有多大,其实在没有撞到地球之前,这些小行星就被地球引力撕碎了,在大气层就爆炸了。当然爆炸成的一些碎块撞倒地球会引起二次爆炸。

洛希极限的计算公式为:

其中d为洛希极限,R为大天体半径,pM为大天体密度,pm为小天体密度。从上述公式看出,流体星球更容易被潮汐力撕碎,比如气态行星。

地球和月球应该都算是刚体星球,因此洛希极限的计算按照刚体公式计算,得出9400多公里的数值,也就是说当月球距离地球只有9万多公里时,就是月球的大限到了。当然相对而言,地球生态也将全部毁灭。

一些看似美丽的行星环,就是洛希极限这种恐怖力量导致的。

比如土星、天王星、海王星、木星都有明显的或者不明显的行星环,科学研究认为有可能就是卫星或者被捕获的小行星到达它们的洛希极限,被撕碎后,成为碎片组成的星环。

当然这个也不是绝对的,即使没有到达洛希极限,由于引力潮汐增大,相互靠近的星球也会变得很不稳定,火山地震就会频发。像地球这样有大气生命的星球,如果遇到一个月球这样的天体靠近,还没达到洛希极限,生命早已大限来临,无法逃避。

就是这样,欢迎讨论。


分享到:


相關文章: