月球距地球38萬公里,那宇宙中星球之間最小安全距離是多少?

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對於較大天體來說,一般情況下它們都不會靠得很近。如果距離太近,它們無法形成穩定的軌道,而且小天體可能會被大質量天體的引力撕碎,這個極限距離就叫做洛希極限。

圖:流浪地球劇照

在電影《流浪地球》裡,為了利用木星的引力彈弓效應來加速地球,人類駕駛著地球靠近木星。但由於行星發動機的損壞,地球無法變軌,直接向著木星而去。電影中就出現了洛希極限這一概念,並且圍繞著這一概念展開了劇情。

當一個天體太靠近另一個大天體時,大天體的引力會對小天體產生一個使小天體變形的潮汐力(地球的潮汐就是太陽和月球的引力引起的)。當潮汐力和小天體維持自身形狀的引力相等時,小天體就可能會破碎,形成圍繞大天體的碎石環。這個距離就是洛希極限。

圖:土星

洛希極限的計算有兩個公式,一個是固體天體的,另一個是液體的。



固體的洛希極限:

流體的洛希極限

R是大天體的半徑,ρM是大天體的密度,ρm是小天體的密度。

從上式可見,洛希極限沒有一個固定的值,也就是說,沒有所謂固定的安全距離,要根據兩個天體的情況進行計算。另外,在電影《流浪地球》裡,洛希極限的計算是錯誤的,木星破碎地球的洛希極限在木星半徑之內。也就是說,地球不會被木星的引力撕碎。


講科學堂



地月之間的38萬公里並不是恆定不變的,天文學家們利用美國登月時架在月球的激光反射鏡證明了月球在以每年3.8釐米的速度遠離地球,同時地球的自轉速度也在因為月球引力作用而逐漸變慢,2億年之後1天就是25小時了。

可以肯定的是在早期地球上月亮一定比現在看上去要大的多,甚至恐龍時期的月亮也要比現在大一圈,在天體運行層面引力才是主導一切的力,因此安全距離和兩個天體的引力強度有著很大的關係。



天體物理學上把兩個星球之間的安全距離稱為洛希極限,比方說如果月球突然靠近地球,那麼在靠近到一定程度之後地球的引力就會把月球撕碎或者拉入“懷抱”,而以上行為的最小發生距離就是洛希極限。

在今年上映的流浪地球中,地球在最後之所以要點燃木星就是因為距離已經逼近洛希極限了,再不離開的話地球就會被撕碎。


宇宙中的星球並沒有固定的安全距離,都是按照兩個天體的質量結合引力來計算的,不過目前的太陽系已經不是早期那種混亂狀態了,現如今各個行星系統中的衛星和行星的距離都很安全了,不安全的早就在混亂時期被撕碎或者拉入懷抱了。


宇宙探索未解之迷


宇宙間的規則很簡答:噸位決定地位,地位有需要合適的位置(距離)來體現。宇宙能夠保持穩定的狀態與天體之間的保持的適當的距離有密切關係。

前段時間隨著《流浪地球》的播出,為廣大觀眾科普了一波天文學知識,宇宙雖然大,但是天體為了保證安全不能想在哪就在哪,下面兩個重要的概念均與安全距離有關。

圖釋:美國天文學家希爾

希爾球半徑

以月球為例,有沒有想過為啥月球沒有被引力更大的太陽吸走,而始終圍繞地球旋轉,主要的原因就是月球處在地球的希爾球半徑內,通俗的表達就是在希爾球半徑內地球對於月球的作用要大於太陽對於月球的作用力,也正如開頭所說的,噸位需要通過合適的距離才能體現出來。

圖釋:拉格朗日點圖,即引力平衡點圖

希爾球就是各大天體的引力範圍,地球的希爾球半徑是150萬公里,月球距離地球38萬公里,切好處於這個範圍內,因此地球對於月球的吸引力要大於太陽的吸引力,所以月球不會流浪。

洛希極限

洛希極限規定了衛星距離行星的最小距離,如果小的天體距離所環繞的天體距離小於洛希極限,那麼小天體就有可能在大天體引力作用下而發生解體。

因為在小距離內大天體對於小天體的作用力會非常大,如果這個作用力超過小天體維持自身結構的力,那麼就會解體。

洛希極限與天體的自身密度和大天體的半徑有關,粗略計算為大天體半徑的1.26-2.44倍,帶入月球密度和地球密度計算得出地球相對月球的洛希極限大約是9189公里到17794公里之間。

綜合希爾球半徑和洛希極限,也就說如果月球不突破這個範圍,月球就是安全的,地球也是安全的。

今天的科普就到這裡了,更多科普歡迎關注本號!


核先生科普


月球距地球38萬公里,那宇宙中星球之間最小安全距離是多少?

天體之間的安全距離是一個很難確定的概念,因為恆星和中子星以及白矮星等這些天體的輻射值也是一個衡量參數,但比較通行的說法是可以用天體的洛希極限來衡量!

洛希極限:即一個小天體被答天體的引力撕碎的最遠距離,即為這類天體的洛希極限!

為什麼稱為這類天體?

因為不同的天體的洛希極限距離是不一樣的,流體的洛希極限會比較遠一些,因為這類天體的結構強度比較低,因此在比較遠的距離就可能被撕碎!而剛體的羅西極限則比較近一些,因為結構強度夠高!

上圖就是蘇梅克-列韋9彗星闖入了木星的洛希極限,被木星引力撕碎成了二十幾塊!

但有一點需要注意下的是:當小天體(剛體)的密度大大超過大天體(2倍大天體密度),那麼它的洛希極限將會在大天體的內部,即掉落大天體才會導致結構碎裂!這就是人造衛星在地球的洛希極限內飛行卻沒有被地球的潮汐引力撕碎的原因!

剛體的洛希極限近似計算公式和流體的洛希極限近似公式,有興趣的朋友可以計算下,假如按剛體計算的話,木星的對於地球的洛希極限範圍是0.78387R(木星半徑)範圍內,已經在木星的內部!

木星密度為:1.326g/cm³

地球的密度:5.507g/cm³

因此很容易就可以計算出地球的洛希極限將會在木星的內部,不過地球能用剛體來計算嗎?應該是介於流體和剛體之間的一個天體,但即使不按剛體計算,地球的洛希極限也會更靠近木星一些!

有朋友認為地球羅西極限在木星內部,當然這沒有問題,但就此糾結《流浪地球》不夠嚴謹,這就比較搞笑了,畢竟《流浪地球》不是一本教科書,它不是讓你來計算洛希極限的,而是讓你認識有洛希極限這一個概念!如果要糾結嚴謹這個概念,那麼好萊塢賣座的任何一部大片,都可以挑出它十個以上的不嚴謹漏洞!

我們再來做個簡單的計算,看看月亮要近到什麼位置才會不安全!

月球的密度:3.35g/cm³

按剛體的計算結果為:9508.5KM,即一萬千米不到,那麼當只有一萬千米時,月亮看起來視角有多大呢?月球直徑約:3476.28千米

那麼視角為:20.72°

必須要注意的是,此時並不只是地球對月球的潮汐引力,月球對地球有同樣的潮汐引力!兩者互相角力的過程會讓地球上海洋翻天覆地,地殼也會受到潮汐引力的作用漲落,地震火山家常便飯,大氣層受到潮汐引力作用會引起超強風暴,人類在這樣的世界裡活不過數月!


星辰大海路上的種花家


星球之間的安全距離受兩個指標約束,一個是希爾球半徑,一個是洛希極限。

宇宙中所有天體運行都是遵循萬有引力規律約束,這個萬有引力的本質是具有質量的天體對周圍時空造成的擾動,或者說叫時空彎曲、時空漩渦、時空陷阱,都是一碼事。

萬有引力就是說引力是質量的根本屬性,不管多麼小的質量,都有引力,但太小的物質,引力幾乎很難感測,因此引力一般表現為宏觀力,越大的天體引力越大。

計算兩個物體之間的引力大小公式為:F=GMm/r^2

其中G為引力常量(6.67×10^-11N·m^2/kg^2),M和m為發生引力的大小物體,r為它們之間的距離。

引力從理論上來說是長程力,影響可以達到無限遠。但引力大小與質量成正比,與距離成反比。

是什麼意呢?就是說兩個相互作用的物體質量越大引力越強,質量越小引力越弱。隨著距離的加大,引力影響會呈指數級遞減。而在太空中,有著無數的天體,都對周邊時空有擾動,它們相互影響干擾,因此一個星球的引力就不可能影響無限遠。

這樣就有一個基本引力影響範圍,這個範圍就是希爾球。

在希爾球半徑內,天體之間會有非常明顯的影響,一般都會形成一個主衛系統或者雙星系統,但出了希爾球半徑,天體之間的引力影響就沒有控制力了。

希爾球半徑的計算公式為:其中r為希爾球半徑,m為被計算希爾球天體質量,M為影響m運行軌跡的大天體質量,a為m公轉軌道的半長軸。

根據上述公式計算,地球的希爾球半徑約150萬公里,也就是說在150萬公里範圍內,這個地方是地球引力平衡點,所謂拉格朗日點是也。

小天體在地球希爾球半徑內,受地球引力影響,出了這個範圍,地球就管不了了,就會受太陽引力影響。月球距離地球半長軸為38.4萬公里,因此毫無疑問的在地球引力控制之下。

希爾球半徑只是一個近似值,天體在太空中的引力受到影響的因素太多了,要精確計算很難,而且引力衰減也是漸進的,並不是到了希爾球半徑外就突然沒有了,在半徑內就一樣強大。但這個畢竟是小天體距離主星最遠的大致安全距離。

再來說說洛希極限。所謂洛希極限就是小天體靠近大天體時最極端的危險區域,只要到達這個區域,小天體就會被大天體的引力潮汐撕成碎片。

引力潮汐是大型天體對小天體引力部位不均勻的拉扯狀態,越靠近的地方引力越強大,越遠的地方引力越弱。一個天體靠近大天體時,大天體引力作用於小天體不同部位的力度就完全不一樣,這種不均衡的拉扯,達到一定強度,就會把小天體扯得分崩離析。

所以我們總說小行星撞擊地球導致爆炸威力有多大,其實在沒有撞到地球之前,這些小行星就被地球引力撕碎了,在大氣層就爆炸了。當然爆炸成的一些碎塊撞倒地球會引起二次爆炸。

洛希極限的計算公式為:

其中d為洛希極限,R為大天體半徑,pM為大天體密度,pm為小天體密度。從上述公式看出,流體星球更容易被潮汐力撕碎,比如氣態行星。

地球和月球應該都算是剛體星球,因此洛希極限的計算按照剛體公式計算,得出9400多公里的數值,也就是說當月球距離地球只有9萬多公里時,就是月球的大限到了。當然相對而言,地球生態也將全部毀滅。

一些看似美麗的行星環,就是洛希極限這種恐怖力量導致的。

比如土星、天王星、海王星、木星都有明顯的或者不明顯的行星環,科學研究認為有可能就是衛星或者被捕獲的小行星到達它們的洛希極限,被撕碎後,成為碎片組成的星環。

當然這個也不是絕對的,即使沒有到達洛希極限,由於引力潮汐增大,相互靠近的星球也會變得很不穩定,火山地震就會頻發。像地球這樣有大氣生命的星球,如果遇到一個月球這樣的天體靠近,還沒達到洛希極限,生命早已大限來臨,無法逃避。

就是這樣,歡迎討論。


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