有質量的物體都具有引力,而宇宙之中的天體質量都非常巨大,所以引力自然也十分巨大。
天體之間具有相互的引力作用,當一個小型天體進入一個大型天體的引力範圍之後,隨著兩者距離的拉近,小型天體所受到的來自大型天體的引力會逐漸增大,當二者的距離足夠近的時候,這個小型的天體便可能被大型天體的引力拉扯撕碎,而二者距離的極限就被稱之為洛希極限,對於小型天體而言,跨過了洛希極限,也就等於跨過了自己的生死線。
在劉慈欣老師的科幻作品《流浪地球》之中,人類為了利用木星的引力彈弓效應為地球加速,而駕駛地球來到木星的引力範圍之內,但因跨過了洛希極限而險些被撕碎,那麼在現實之中,地球真的會因靠近木星而被撕碎嗎?
地球是一個小型天體,而木星是一個大型天體,所以我們就以二者為例來說說什麼是洛希極限。
當地球進入到木星的引力範圍之內,會受到幾個大小方向各不相同的力,而在地球上不同的位置所受到的力的方向和大小也不相同。假設在地球上有一個人,這個人首先受到了來自木星的引力,這個引力的方向是指向木星的。
其次,它還受到了一個與木星引力方向相反的慣性力。慣性力並不是客觀存在的一種力,它是一種在變速參考系中所使用的虛擬力,加入這個力是為了讓問題便於計算。舉個例子,比如我們身處於一輛行駛的列車上,此時列車突然加速,那麼我們會向後仰,是什麼力量讓我們向後仰的呢?如果我們以列車外靜止的地面為參考系,那麼問題很簡單,是慣性的作用導致的。
在上面的例子中,如果我們以行駛的列車為參考系,問題就變得有些複雜了。
以列車為參考系,就是說行駛的列車和我們都被看作是靜止的,此時列車突然加速,我們後仰,我們為什麼會後仰呢?此時就需要加入一個虛擬力,我們稱其為慣性力,因為我們受到了一個向後的慣性力,所以才會發生後仰,但慣性力實際上是不存在的。
回到地球和木星的問題上來,因為地球在向木星加速運動,所以站在地球上的人就受到了一個與運動速度方向相反的慣性力。而木星的引力與人所受到的慣性力之和就被稱之為潮汐力。因為人所受到的慣性力在地球各處都是相等的,但木星的引力不是,越靠近木星所受的引力就越大,所以對地球上朝向木星一側的人來說,木星的引力大於慣性力,所以人會飛起來。而對於地球背向木星一側的人來說,由於距離木星較遠,木星引力小於人所受到的慣性力,所以人一樣也會飛起來。
而人之所以沒有因為潮汐力而飛起來,是因為人還受到一個朝向地心的地球引力作用。
人雖然不會飛起來,但是地球表面的液態水就會在潮汐力的作用下受到明顯的影響,所以來自月球的潮汐力就會影響到地球上海洋河流的潮起潮落。只要地球的引力大於或等於潮汐力,那麼地球上的人和其它物體以及地球本身就會安然無恙,可一旦地球引力小於潮汐力,那麼地球表面的一切就會拔地而起,最終連地球本身也會被拉扯撕碎,隨著地球與木星距離的拉近,潮汐力會越來越大,當達到一定距離的時候,地球引力就會小於潮汐力,這個距離的界限就是洛希極限。
不過地球在利用木星引力彈弓效應進行加速的過程中,幾乎不會出現被撕碎的風險。
洛希極限可細分為剛體洛希極限和流體洛希極限。
剛體就是指受力後形狀大小不變的物體,現實世界不存在絕對剛體。而流體則是指流動的物質。洛希極限的計算與兩個星球的密度和半徑有關,以木星和地球為例,剛體洛希極限在5萬公里左右,而流體洛希極限在10萬公里左右,地球介於剛體與流體之間,所以地球被撕碎的極限大約在七八萬公里左右,而木星的半徑就有7.15萬公里,所以地球要被撕碎除非貼到木星上去。
那麼《流浪地球》的電影中,為什麼說地球差一點被撕碎呢?因為電影裡面標示的剛體和流體洛希極限分別為89萬公里和171萬公里,而這兩個數據恰恰是木星進入太陽範圍被太陽撕碎的洛希極限。顯然,負責這一部分的劇組人員不理解洛希極限的概念,所以估計是搜索了一下“木星洛希極限”,然後就把木星和太陽的洛希極限給拿過來了。