由星球重力加速度推算星球密度(星球之间安全距离的两个重要指标)

由星球重力加速度推算星球密度(星球之间安全距离的两个重要指标)(1)

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,不管多么小的物体,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。

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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。

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这样就有一个基本引力影响范围,这个范围就是希尔球半径。

在希尔球半径内,天体之间会有明显的引力影响,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相互没有控制力了。

希尔球半径的计算公式为:

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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。

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根据上述公式计算,地球的希尔球半径约150万公里,也就是说在距离地球150万公里处,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。

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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。当然爆炸后碎块还是要撞到地球上,会引起二次爆炸。

洛希极限的计算公式为:

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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9400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。

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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。

星体之间的距离,相互靠近的星球即使没有到达洛希极限,由于引力潮汐增大,也会变得很不稳定,会导致板块移动,火山地震加剧频发。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。

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