洛希極限(Roche limit),也被稱為洛希半徑(Roche radius),行星與其衛(wèi)星間的最小可能距離。小于這一距離時(shí),行星對(duì)衛(wèi)星的潮汐作用將造成衛(wèi)星解體。也常用于雙星系統(tǒng)。這個(gè)臨界半徑值是法國(guó)數(shù)學(xué)家愛德華·洛希(Edouard Roche)于1848年求出的,所以稱為洛希極限。
天文學(xué)上,洛希極限用來解釋行星環(huán)的形成,也用來對(duì)太陽(yáng)系天體相互作用和運(yùn)動(dòng)作近似估計(jì)。洛希極限是一個(gè)天體與一個(gè)天體之間的距離,在該距離內(nèi),第二個(gè)天體僅靠自身引力而解體,因?yàn)榈谝粋€(gè)天體的潮汐力超過了第二個(gè)天體的自身引力。在洛希極限內(nèi)的物質(zhì)受行星潮汐作用大,雖然星環(huán)中的顆粒會(huì)發(fā)生碰撞,但潮汐力仍然強(qiáng)于自身的引力,所以不能聚集成衛(wèi)星,而形成環(huán)系。而在極限外,物質(zhì)傾向于合并,細(xì)小的顆粒會(huì)受彼此的引力影響粘在一起,不斷成長(zhǎng)。行星環(huán)的形成與洛希極限密切相關(guān),正因如此,往往是質(zhì)量較大的行星才擁有穩(wěn)定的行星環(huán)。
洛希極限也常用于行星和環(huán)繞它的衛(wèi)星。有些天然或人工衛(wèi)星,盡管它們?cè)谒鼈兯h(huán)繞的星體的洛希極限內(nèi),卻不至于成為碎片,因?yàn)樗鼈兂?a href="/hebeideji/8154473583920459262.html">引力外,還受其他力的影響。木衛(wèi)十六和土衛(wèi)十八就是這樣的例子,它們和所環(huán)繞的星體的距離小于流體洛希極限,它們?nèi)晕闯蔀樗槠且驗(yàn)橛袕椥裕由纤鼈儾⒎峭耆黧w。在這種情況下,由于潮汐力在兩個(gè)天體中心之間的直線上最強(qiáng),因此衛(wèi)星表面的物體能否被潮汐力扯離衛(wèi)星,要視物體在衛(wèi)星表面的位置而定。洛希極限決定于主星和伴星的相對(duì)質(zhì)量和密度。如果主、伴星密度相同,則洛希極限值為主星半徑的2.44倍;月球的洛希極限值為地球半徑的2.89倍,約18,400千米。人造衛(wèi)星太小,無法產(chǎn)生巨大的潮汐應(yīng)力。
一些內(nèi)部引力較弱的物體,例如彗星,可能在經(jīng)過洛希極限內(nèi)時(shí)化成碎片。蘇梅克-列維9號(hào)彗星就是典型的例子,它在1992年經(jīng)過木星時(shí)解體為21個(gè)碎片,1994年7月16日20時(shí)15分開始與木星碰撞。彗木大撞擊是人類有史以來能夠看到最為壯觀的彗星、行星相撞事件,是彗星落入木星洛希極限被撕碎的實(shí)例。
2023年,首次發(fā)現(xiàn)創(chuàng)神星有行星環(huán)。其行星環(huán)的距離超過創(chuàng)神星半徑的7.5倍,是洛希極限的兩倍多距離。其形成原因尚未清楚。先前天文學(xué)家觀測(cè)到的行星環(huán)全部位于洛希極限范圍內(nèi)。創(chuàng)神星的行星環(huán)出現(xiàn)的位置是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一例外。
簡(jiǎn)史
洛希極限的提出和推導(dǎo)
洛希極限是法國(guó)數(shù)學(xué)家愛德華·洛希(Edouard Roche)于1848年求出的,并以他的名字命名。
1963年Chondrasekhar利用維里定理及其推廣求得了均勻不可壓液球的洛希極限。這一方法有它的局限性,因?yàn)橹挥袑?duì)均勻不可壓液球才能利用推廣的維里定理求得在自轉(zhuǎn)與潮汐力聯(lián)合作用下的平衡形狀,它不可能推廣到非均勻液球的情形。
Kopal與宋國(guó)玄曾用洛希坐標(biāo)的方法求得自轉(zhuǎn)與潮汐力聯(lián)合作用下均勻不可壓液球的平衡形狀,進(jìn)而求得了洛希極限。這一方法與Chandrasekhar方法有同樣的局限性。
挑戰(zhàn)洛希極限
研究人員在知名學(xué)術(shù)期刊《自然》8日刊載的論文中介紹,創(chuàng)神星位于太陽(yáng)系邊緣柯伊伯帶,于2002年首次被美國(guó)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn),以美洲土著居民神話中的創(chuàng)世之神命名。它的直徑大約1110千米,大小約相當(dāng)于月球三分之一,與太陽(yáng)之間距離約為地日距離的44倍。創(chuàng)神星有一顆衛(wèi)星,直徑約170千米,在行星環(huán)外運(yùn)行。
天文學(xué)家2018年至2021年借助一系列地面望遠(yuǎn)鏡和Cheops太空望遠(yuǎn)鏡展開天文觀測(cè),其間經(jīng)由觀察掩星現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了創(chuàng)神星的行星環(huán)。掩星指一個(gè)天體在另一個(gè)天體與觀測(cè)者之間通過時(shí)產(chǎn)生的遮蔽現(xiàn)象。
路透社援引研究論文主要作者、巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)天文學(xué)家布魯諾·莫爾加多的話說:“這是在一個(gè)不可能的地方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)(行星)環(huán)。”那里,依照現(xiàn)有認(rèn)知,應(yīng)該出現(xiàn)另一顆衛(wèi)星。
據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道,創(chuàng)神星的行星環(huán)由被冰覆蓋的顆粒組成,直徑約8200千米。它距創(chuàng)神星中心約4100千米,大致是創(chuàng)神星半徑的7.5倍,是洛希極限的兩倍多。
先前天文學(xué)家觀測(cè)到的行星環(huán)全部位于洛希極限范圍內(nèi)。創(chuàng)神星的行星環(huán)出現(xiàn)的位置是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一例外。研究人員驚訝于它如何能在如此遙遠(yuǎn)的地方依舊保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段一個(gè)猜想是環(huán)內(nèi)顆粒“黏性較低”,因此碰撞時(shí)更可能反彈,而非聚集。
關(guān)于洛希極限難以解釋這個(gè)行星環(huán)的存在,路透社援引意大利國(guó)家天體物理學(xué)研究所天文學(xué)家伊莎貝拉·帕加諾的話報(bào)道,一種可能是,創(chuàng)神星可能曾經(jīng)另有一顆衛(wèi)星,但它遭到“破壞性撞擊”,產(chǎn)生的碎塊后來形成了一個(gè)行星環(huán),不過這個(gè)行星環(huán)“存在的時(shí)間非常短,能夠觀察到它的概率非常低”,而科學(xué)家們僥幸觀察到它。另一種可能是,冰顆粒聚集的理論“需要修正”,冰顆粒可能不會(huì)總像人們預(yù)期的那樣迅速聚集起來、形成大些的天體。
相關(guān)原理
假設(shè)
經(jīng)典的洛希極限涉及到了一些假設(shè),包括:把行星和恒星當(dāng)作質(zhì)點(diǎn);假設(shè)行星位于圓形軌道;行星的自轉(zhuǎn)與軌道運(yùn)動(dòng)達(dá)到同步;忽略了其他天體的作用;忽略了張力和摩擦的作用。
直徑在1~10千米以內(nèi)的物體,其分子間化學(xué)結(jié)合的作用大于引力作用。但比這更大的物體則無法受化學(xué)結(jié)合作用力支撐,只能靠引力固定。洛希極限能夠破壞靠引力結(jié)合的物體,而靠化學(xué)結(jié)合的物體即使存在于洛希極限之內(nèi)也不會(huì)受其影響。
洛希極限通常也是在圓形軌道的情況下計(jì)算的,盡管可以直接修改計(jì)算以適用于(例如)物體在拋物線或雙曲線軌道上通過主軌道的情況。
公式
由于有黏度、摩擦力、化學(xué)鍵等影響,大部分衛(wèi)星都不是完全流體或剛體,其洛希極限都在這兩個(gè)界限之間。如果一個(gè)剛體衛(wèi)星的密度是所環(huán)繞的星體密度的兩倍以上,例如一個(gè)巨大的氣體行星跟剛體衛(wèi)星;對(duì)于流體衛(wèi)星來說,則要約14.2倍以上,洛希極限會(huì)在所環(huán)繞的星體之內(nèi),即是說這個(gè)衛(wèi)星永遠(yuǎn)都不會(huì)因?yàn)樗h(huán)繞的星體的引力而碎裂。
公式推導(dǎo)
剛體的洛希極限
設(shè)主星的質(zhì)量為M,半徑為R,密度為ρ;伴星的質(zhì)量為M',半徑為R',密度為ρ',兩星中心之間的距離為r,忽略主星的自轉(zhuǎn),伴星的一個(gè)質(zhì)元為Δm,G為萬有引力常數(shù)。當(dāng)質(zhì)量為Δm的物體剛好將要脫離伴星表面時(shí),則有
F引=F潮,即
整理得,因?yàn)椋瑸榉奖闩c天體半徑比較,則
設(shè)主星的質(zhì)量為M,半徑為R,密度為ρ;伴星半徑為R',密度為ρ',自轉(zhuǎn)角速度為ω,兩星中心之間的距離為r。取x軸沿兩星中心聯(lián)線,原點(diǎn)在伴星的中心O'.撕裂伴星的力有二:主星給它的引潮力和它自轉(zhuǎn)引起的慣性離心力;團(tuán)結(jié)伴星的力也有二:伴星自身的引力和化學(xué)結(jié)合力。比起自引力,化學(xué)結(jié)合力往往可以忽略,因此只考慮三個(gè)力。撕裂總是首先沿x方向進(jìn)行的,對(duì)于伴星的一個(gè)質(zhì)元,三個(gè)力沿x的分量為
引潮力
慣性離心力
伴星自身引力
伴星被撕裂的條件是三力之和大于0:
等號(hào)對(duì)應(yīng)著臨界狀態(tài)。如果伴星做同步自轉(zhuǎn),則自轉(zhuǎn)角速度等于公轉(zhuǎn)角速度。按開普勒定律,有
,則,
或都用密度來表示,有,
因此解出臨界條件為,
對(duì)于地月系統(tǒng),ρ⊕/ρ月 = 5/3,從而月球被地球引潮力撕碎的臨界距離為
。
可見,一旦月球向地球撞來,在它未與地面接觸之前,已被引潮力撕得粉碎。不過太陽(yáng)系中從火星到木星之間有幾十萬個(gè)小行星,其中軌道與地球軌道相交的估計(jì)也有1300多個(gè),用上述理論來分析小行星撞擊地球的后果,倒是有意義的。此外,彗星撞擊地球的可能性更明顯。根據(jù)地質(zhì)研究,6500萬年前造成全球物種大規(guī)模滅絕的原因,很可能是彗星的撞擊。
流體的洛希極限
起潮力足夠大時(shí),可能使天體瓦解,這就是潮汐穩(wěn)定性問題。當(dāng)任何一個(gè)繞轉(zhuǎn)體(如衛(wèi)星)離中心天體(如行星)很近時(shí),繞轉(zhuǎn)體受到的引潮力可以超過體內(nèi)各部分物質(zhì)的引力,從而使繞轉(zhuǎn)體瓦解。假定繞轉(zhuǎn)體由兩個(gè)球狀體組成,其半徑都是b,質(zhì)量都是m;該中心天體質(zhì)量為M,繞轉(zhuǎn)體到中心天體距離為D。如果兩球狀體被拉開,必須滿足兩者間引力小于引潮力的條件。因引力和引潮力分別為
所以潮汐不穩(wěn)定的條件是
設(shè)繞轉(zhuǎn)體密度ρ',中心天體密度ρ,將和
分別代入可得,當(dāng)中心天體的距離和質(zhì)量已知時(shí),繞轉(zhuǎn)體的密度只要滿足
就會(huì)被瓦解;當(dāng)中心天體和繞轉(zhuǎn)體密度已知時(shí),轉(zhuǎn)繞體到中心天體的距離只要滿足
就會(huì)被瓦解。
上面的討論沒有考慮繞中心天體的轉(zhuǎn)動(dòng),嚴(yán)格的推導(dǎo)結(jié)果是,只要繞轉(zhuǎn)體的密度和距離滿足
就會(huì)被瓦解。式中ρR和DR分別稱為洛希密度和洛希極限,是法國(guó)數(shù)學(xué)家洛希(E.A.Roche)首先推導(dǎo)的。
洛希對(duì)于流體伴星的撕裂條件,導(dǎo)出一個(gè)公式:
這里的rc稱為洛希極限。流體的特點(diǎn)是容易形變,在引潮力的作用下伴星不再呈球形,它被拉得很長(zhǎng),呈橢球狀,在極限的情形下,偏心率可達(dá)0.88,所以式中的系數(shù)與固體情況不同。
如果引入扁率的變量c/R,重新解方程。推導(dǎo)過于復(fù)雜,此處不展開,得到一個(gè)更加精確的結(jié)果:
應(yīng)用
洛希極限最常應(yīng)用的地方就是衛(wèi)星和它所環(huán)繞的星體。
土星環(huán)平均半徑r與土星半徑R之比r/R=2.31,若土星環(huán)中的顆粒物質(zhì)與土星本身密度相等,則這距離已在洛希極限之內(nèi),環(huán)中物質(zhì)應(yīng)解體,不能形成一整個(gè)橢球形衛(wèi)星。這也算得上是土星環(huán)成因的一種解釋。除創(chuàng)神星的行星環(huán)之外,先前天文學(xué)家觀測(cè)到的行星環(huán)全部位于洛希極限范圍內(nèi)。
天文學(xué)上曾用洛希極限及引力作用范圍等對(duì)太陽(yáng)系天體相互作用和運(yùn)動(dòng)作近似估計(jì),與實(shí)際近似相符合,并且是進(jìn)一步推導(dǎo)計(jì)算的基礎(chǔ)。
對(duì)于行星(或是衛(wèi)星)繞主星體公轉(zhuǎn)由于發(fā)射引力波損失動(dòng)能而出現(xiàn)向主星體接近的速度,如果行星對(duì)主星體的洛希極限在主星體的外部,那么行星在由于引力輻射而向主星體接近的速度驅(qū)使下到達(dá)其洛希極限時(shí)就會(huì)被主星體的潮汐力所撕裂,引力輻射在此時(shí)終結(jié)。
一些內(nèi)部引力較弱的物體,例如彗星,可能在經(jīng)過洛希極限內(nèi)時(shí)化成碎片。蘇梅克-列維9號(hào)彗星就是典型的例子,它在1992年經(jīng)過木星時(shí)解體為21個(gè)碎片,1994年落在木星上。
洛希極限在理論上它闡明了在一物體起潮力作用下,其附近另一物體是否可以成團(tuán)的條件。在應(yīng)用上,它最早用來解釋土星環(huán)的形成機(jī)制。
實(shí)例
以木星和地球為例,剛體洛希極限在5萬千米左右,而流體洛希極限在10萬千米左右,地球介于剛體與流體之間,所以地球被撕碎的極限大約在七八萬千米左右,而木星的半徑就有7.15萬千米,所以地球要被撕碎除非貼到木星上去。假如地球停止公轉(zhuǎn),將會(huì)穿越太陽(yáng)的洛希極限。
太陽(yáng)系行星的衛(wèi)星
除了水星和金星之外,其余7顆行星都有衛(wèi)星,每顆衛(wèi)星有其代號(hào)和專有命名(有幾顆尚未正式命名);木星、土星、天王星和海王星各有其不同的環(huán)系。一般地說,衛(wèi)星和環(huán)系的小物體主要受其主行星的引力作用,繞行星轉(zhuǎn)動(dòng),它們相對(duì)于主行星的軌道運(yùn)動(dòng)類似于行星繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動(dòng),作為近似,可用前面天體力學(xué)二體問題的結(jié)果和公式。衛(wèi)星和環(huán)系的小物體的繞轉(zhuǎn)實(shí)際軌道運(yùn)動(dòng)比行星更復(fù)雜,這是因?yàn)槠渌行呛托l(wèi)星的引力攝動(dòng)作用較大,從而衛(wèi)星的繞轉(zhuǎn)軌道變化較大。同時(shí),衛(wèi)星又隨主行星繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。
相對(duì)于太陽(yáng)的引力而言,行星有一定的引力(作用)范圍,在此范圍內(nèi)的物體受行星的引力為主,而受太陽(yáng)的引力是次要的。若行星的質(zhì)量為m,軌道半長(zhǎng)徑為a,太陽(yáng)質(zhì)量為M⊙,則行星的引力范圍近似是半徑x的圓球:
例如,地球的引力范圍半徑為1.5×106km,衛(wèi)星都在其主行星的引力范圍內(nèi)。起潮力F,是質(zhì)量m天體中心和表面上的A(或B)點(diǎn)上單位質(zhì)量受到質(zhì)量M天體的引力差:
式中:D是兩天體中心的距離;r是天體m的半徑。相對(duì)于天體m的中心O'而言,A點(diǎn)所受起潮力的方向指向M的中心O,而B點(diǎn)所受起潮力的方向則相反。于是,在天體m的向、背天體M的兩側(cè)形成潮汐隆起。天體m表面上的其他點(diǎn)受到的起潮力應(yīng)當(dāng)是該點(diǎn)與O'受到M天體的引力向量差(下圖中的C點(diǎn))。月球?qū)?a href="/hebeideji/7196471799734190132.html">地球上海水的潮汐作用最大,太陽(yáng)對(duì)地球的起潮力次之,而在陰歷初一或十五恰太陽(yáng)和月球起潮力疊加最大,發(fā)生大潮。
一般說來,在行星的洛希極限內(nèi)的衛(wèi)星會(huì)被行星的起潮力瓦解為碎塊。因此,行星的洛希極限內(nèi)一般不存在衛(wèi)星,而可能存在有小物體組成環(huán)系。行星–衛(wèi)星和環(huán)系的實(shí)際情況也大致如此。
下表展示了太陽(yáng)系內(nèi)天體的衛(wèi)星所處的軌道與洛希極限之比,可以看出很多衛(wèi)星處于剛體洛希極限與流體洛希極限之間,而很少有天體位于剛體洛希極限之內(nèi)。根據(jù)Wm. Robert Johnstonlast于2023年6月17日更新的數(shù)據(jù)的計(jì)算得到:
施力天體
太陽(yáng)系行星的行星環(huán)
在廣闊的宇宙中,并非所有的行星都擁有行星環(huán)。以太陽(yáng)系為例,就目前的觀測(cè)結(jié)果來說,僅有木星、土星、天王星和海王星4顆行星擁有行星環(huán)。
行星環(huán)一般指圍繞行星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)構(gòu)成的環(huán)狀帶,由硅酸鹽粒、大塊巖石、冰塊和冰粒等物質(zhì)構(gòu)成。通常來說,行星環(huán)往往出現(xiàn)在質(zhì)量巨大的行星周圍。就太陽(yáng)系來說,木星、土星、天王星和海王星恰恰是太陽(yáng)系中質(zhì)量排名前四的4顆行星。
為了解釋行星環(huán)的形成,天文學(xué)家提出了若干種理論,如潮汐理論、凝聚理論、碰撞理論等。
衛(wèi)星到行星的距離不能近于某個(gè)極限,否則就會(huì)被行星的巨大引力所瓦解而不復(fù)存在,這個(gè)最小距離稱為洛希極限,由法國(guó)天文學(xué)家洛希(E.A.Roche)首先提出。洛希極限的數(shù)值大小與衛(wèi)星繞以轉(zhuǎn)動(dòng)的母行星的半徑、母行星的密度以及衛(wèi)星自身的密度有關(guān)。關(guān)于行星環(huán)形成的潮汐理論認(rèn)為,在洛希極限之外形成的衛(wèi)星,因公轉(zhuǎn)軌道縮小,走近行星而到達(dá)洛希極限時(shí),會(huì)被行星的潮汐力所瓦解,結(jié)果便形成了行星環(huán)。
行星環(huán)形成的另一種理論是凝聚說。這種理論認(rèn)為,組成行星環(huán)的物質(zhì)是在現(xiàn)有位置附近,通過微粒相互間的凝聚而形成的。一開始這是一種非引力過程,當(dāng)微粒增大到一定程度后,引力起主導(dǎo)作用,粒子繼續(xù)長(zhǎng)大。由于粒子處于洛希極限之內(nèi),行星的潮汐力阻止它們進(jìn)一步生長(zhǎng)為衛(wèi)星,而保持了原有的盤狀結(jié)構(gòu),成為行星環(huán)。根據(jù)這種理論,行星環(huán)的形成與衛(wèi)星沒有直接的關(guān)系。
碰撞理論的基本思想是,在行星環(huán)現(xiàn)在所處的位置上,最初曾經(jīng)有過一個(gè)或幾個(gè)很小的衛(wèi)星。由于它們的引力太小,一旦遭到流星體的撞擊,因撞擊產(chǎn)生的碎片就能從這些小衛(wèi)星的表面逃逸,在一定的條件下不再被產(chǎn)生碎片的母體小衛(wèi)星重新俘獲,但仍然沒有擺脫母行星的引力束縛。最終,大量的這類碎片便構(gòu)成了繞行星轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)。
4個(gè)氣態(tài)巨行星的周圍都有行星環(huán),而這些環(huán)在結(jié)構(gòu)、范圍、完整性等方面的特征又不盡相同,不同行星的環(huán)很可能有著不同的形成機(jī)制。中國(guó)天文學(xué)家戴文賽認(rèn)為,土星環(huán)是因規(guī)則衛(wèi)星的軌道縮小,并進(jìn)入洛希極限后瓦解形成的;但天王星環(huán)的情況則不同,它是因?yàn)榇笮亲幼矒籼焱跣牵瑥奶焱跣亲渤龅拇罅克榱N镔|(zhì)生成的。
行星環(huán)不僅在形成的原因上可能與衛(wèi)星有著某種聯(lián)系,環(huán)狀結(jié)構(gòu)的維持機(jī)制同樣可能與衛(wèi)星有關(guān)。行星環(huán)為什么能長(zhǎng)期維持而不會(huì)瓦解掉?有人認(rèn)為一些處于特定位置上的衛(wèi)星的引力作用,使環(huán)物質(zhì)不致四分五裂,并維持在一個(gè)有限的范圍內(nèi)。這類衛(wèi)星被稱為“牧羊衛(wèi)星”,它們對(duì)環(huán)物質(zhì)的作用,猶如牧羊人起著能管好羊群而不使羊群跑散的角色。目前已發(fā)現(xiàn)土星有3顆牧羊衛(wèi)星,而天王星則有2顆。另一方面,環(huán)縫的存在也可能與一些衛(wèi)星的引力影響有關(guān),如土衛(wèi)一對(duì)于卡西尼環(huán)縫,以及土衛(wèi)十八對(duì)于恩克環(huán)縫,這與小行星帶中出現(xiàn)柯克伍德空隙的成因是類似的。
彗木大撞擊
人類有史以來能夠看到最為壯觀的彗星、行星相撞事件,莫過于1994年7月休梅克-列維9號(hào)彗星(SL9)撞擊木星事件。SL9是1993年3月間被休梅克夫婦(Eugene Shoemaker和Carolyn Shoemaker)和列維(D. Levy)發(fā)現(xiàn)的。據(jù)理論上倒推,SL9在1992年7月進(jìn)入木星洛希極限以內(nèi)被撕碎。初次發(fā)現(xiàn)時(shí)它分裂成5塊,1993年7月間哈勃空間望遠(yuǎn)鏡已觀測(cè)到A、B、C、D、…、U、V、W等二十余塊碎片。1994年4月P、Q又各分裂為兩塊,后來P的一塊碎片再分裂為兩片,也有一些碎片消失了。第一塊碎片A撞擊木星是在7月16日20時(shí)15分被哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的,其它碎片的情況見表7-4.頗為遺憾的是這次彗星與木星碰撞發(fā)生在木星的背面,地面上只能觀測(cè)到碰撞時(shí)木星邊緣的閃光,或當(dāng)時(shí)未觀測(cè)到,而事后待木星轉(zhuǎn)過來時(shí)辨認(rèn)出撞擊點(diǎn)的痕跡(這一情況未列在表中)。
文化影響
“洛希極限”一詞在2023年春節(jié)期間再一次引發(fā)大家的熱議。電影《流浪地球2》和電視劇《三體》兩部作品中出現(xiàn)的一些物理學(xué)、天文學(xué)概念、術(shù)語和相關(guān)問題引發(fā)了觀眾極大的興趣,比如洛希極限、三體問題、引力彈弓、重元素聚變發(fā)動(dòng)機(jī)等。
在電影《流浪地球2》中,月球危機(jī)是情節(jié)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。月球上的行星發(fā)動(dòng)機(jī)損壞,月球偏離了軌道向地球而來。電影中說,一旦越過洛希極限,將發(fā)生災(zāi)難性后果。
中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)高中物理老師李永樂發(fā)現(xiàn)電影《流浪地球》關(guān)于洛希極限的計(jì)算是錯(cuò)誤的,MOSS給出了一個(gè)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù):內(nèi)圈剛體洛希極限是89萬千米,外圈流體洛希極限是171萬千米。而根據(jù)李永樂老師的計(jì)算結(jié)果分別為5.6萬千米和10.9萬千米,同時(shí)李老師解釋說,“可能是影片制作時(shí)把關(guān)不嚴(yán),錯(cuò)把太陽(yáng)木星的洛希極限值當(dāng)作了木星-地球的洛希極限值。也許MOSS算錯(cuò)了,他就是想叛逃”。
《流浪地球》系列電影中洛希極限的情節(jié)原型,其實(shí)來自劉慈欣的另一部科幻小說《三體》。三體文明中遭遇過的最大、最慘烈的災(zāi)難被稱為飛星不動(dòng)。飛星不動(dòng)發(fā)生在三體第191次文明,當(dāng)時(shí)三顆飛星突然在天空靜止不動(dòng),三體世界的人們絕望而又無助的看著自己的行星直接撲向三顆飛星。隨即,三顆飛星先后變成了三顆巨大的太陽(yáng),從三體行星旁邊掠過,對(duì)行星產(chǎn)生的潮汐力均超過洛希極限。第一顆太陽(yáng)撼動(dòng)了行星最深層的地質(zhì)結(jié)構(gòu);第二顆太陽(yáng)撕開了直通地核的大裂縫;第三顆太陽(yáng)則直接將行星撕成了兩半。
參考資料 >
洛希極限.國(guó)家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心.2023-09-27
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挑戰(zhàn)洛希極限?科學(xué)家在“不可能的地方”發(fā)現(xiàn)行星環(huán).百家號(hào).2023-09-27
地球靠近木星,真的會(huì)被木星撕碎嗎?洛希極限是怎么回事?.科普中國(guó)網(wǎng).2023-10-07
假如地球停止公轉(zhuǎn),會(huì)發(fā)生什么?看完驚呆了.微信公眾平臺(tái).2023-10-11
Physical data for solar system planets and satellites(by Wm. Robert Johnston,last updated 17 June 2023).johnstonsarchive.2023-10-22
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