什麼是洛希極限？它發生過嗎？星球為何會在宇宙中被撕裂？

在地球上,每天都會出現海洋潮汐的漲落 主要是因為受到月球和太陽的潮汐力的作用 以月球為例,月球對於地球表面的引力 和對於地球中心的引力是不一樣的 從而產生了這種引力差 在天文學上,人們把它作為一種引潮力 引潮力的效果是讓天體沿著它們的中心天線的方向 發生變形乃至瓦解 當其中自身引力和另一個天體的引潮力幾乎相等的時候 對應的兩個天體間的具體就是諾希極限 對應到科幻電影《遊浪地球2》的劇情中 如果月球進入了地球的一個特定的範圍 那麼月球在抵達地球之前 就可能被地球的引潮力撕裂瓦解 而是否會瓦解不僅取決於行星的半徑 還跟兩個天體的密度之比存在關聯 在1994年,有一個著名的天文現象叫做廢木相撞事件 天文學家觀測到一顆叫蘇梅克維列九號的彗星 並非常準確地預報了它會撞擊到木星上的具體時刻 1992年,這顆彗星撞擊到木星之前 它進入了木星的諾希極限範圍內,撕裂成了21個碎片 同時,天文學家利用哈勃太空望遠鏡觀測到了彗星的形狀 也發生了一些變形 此外,一些大型星,比如土星 它有很多的光環,最外面的環是F環 有很多小石頭和冰塊組成 圍繞著土星運行 而F環的範圍就恰好也是在諾希極限之內 我們都知道地球上的潮汐主要是由月球引力引起的 但一個常見的誤解是 認為這是由月球引力拉起的海水 實際上潮汐力是一種差異引力 月球的引力並非均勻地作用於整個地球 它對距離月球最近的A點引力最強 對地球中心的B點引力次之 而對距離最遠的C點的引力最弱 正是這種引力上的差異導致了地球被拉伸的效果 A點的海水被最強的引力拉向了月球,形成高潮 而C點的海水由於受到引力的墜落 相當於被甩了出去,也就形成了高潮 這種將一個物理沿著引力方向拉伸 在垂直方向壓縮的力就是潮汐力 現在讓我們把場景從地月之間切換到一顆巨大的行星 和它的小衛星上 這顆衛星同樣面臨著來自母星的潮汐力 衛星朝著行星的一面 受到的引力遠大於背向行星的一面 如果這顆衛星只是一個沒有自轉的剛性石塊 那麼潮汐力只會讓它處於一種持續的拉伸引力之中 但衛星並非一個字典,它擁有自己的體積和質量 並通過自身的引力將所有的物質凝聚在一起 維持著球形的完整 於是,一種無聲的拔河比賽在衛星內部展開了 一方面是來自母星試圖將衛星拉扯的潮汐力 另一方是衛星自身的試圖將所有物質聚攏的引力 當衛星距離行星足夠遠時,自身的引力佔絕對優勢 衛星安然無恙,但隨著它們的萬有引力不斷靠近 來自母星的潮汐力會以距離的三次方急劇增加 最終會在一個停靜點上 在這個點上,潮汐力會超過衛星自身的引力 一旦超過這條線,拔河比賽便分出了勝負 衛星註定會解體 這條線是無形的 就是法國天文學家愛德華·諾希在1984年通過精確的計算得出的諾希極限 諾希極限並不是一個固定的數字 它取決於拔河比賽雙方的實力 具體來說,由它的母星的密度、衛星的密度 以及衛星的形態共同決定的 一個關鍵的區別在於 這顆衛星是堅硬的鋼體還是鬆散的琉璃 對於琉璃衛星,由於它的內部物質可以自由流動 沒有額外的結構強度來抵抗拉伸 因此它完全依賴自身的引力來維持形狀 一旦潮汐力超過引力,它就會被拉伸變形,最終瓦解 諾希極限的計算公式也非常簡單 大約是母星半徑乘以2.44倍的立方根 對於鋼體衛星,情況就要複雜得多 除了自身的引力,構成衛星的岩石還擁有抗拉強度 就像一根橡皮筋,可以在一定程度上抵抗拉伸而不被拉斷 因為一顆堅硬的岩石衛星可以比同等質量的琉璃衛星更靠近母星而不解體 它的諾希極限距離會更小,大約是母星半徑乘以1.26倍的立方根 這意味著,如果一顆衛星是堅硬的鋼體,它也許能堅持得更久 但如果它像一個鬆散的雪球,或者是像無數石塊組成的碎石堆小行星 它會在更遠的距離上,更快地就被潮汐力所撕碎 太陽系中最壯觀的粒子,無疑是土星 它那塊舉世無雙的光環,主要由無數大大小小不同的冰塊構成 它的延伸範圍恰好是土星的諾希極限之內 這強烈暗示了,這些光環很有可能就是由一顆冰構成的衛星 在遠古的某個時刻,因為軌道衰竭闖入了土星的諾希極限,最終被無情地撕碎 它的冰冷的遺骸在引力的編織下化作成了我們今天所看到的太陽系內最美麗的裝飾 目前由於地月之間的潮汐作用 月球正以每年約3.8釐米的速度緩慢地遠離地球,在可以預見的未來 月球是絕對安全的 然而在幾十億年後,當太陽步入晚年,靠近了核心的氫燃料 它將膨脹為一個巨大的紅巨星 到那個時候,太陽系的引力格局將會發生巨變 太陽的外層大氣可能延伸到地球軌道附近 地球的大氣層將被波提,海洋將被蒸發 在這樣的劇烈環境中,地球的軌道可能再次發生改變 一種可能的劇本是 地球的軌道會因為太陽質量的損失與太陽外層大氣的相互作用而向外遷移 但另一種可能是 地球的軌道會向內螺旋下降 如果地球能夠倖存下來,地圍繞著已經變成白矮星的太陽穩定運行 月球的命運也將迎來轉折 由於複雜的引力相互作用和潮汐效應的長期累積 月球的軌道可能會開始衰減,逐漸被拉近 並最終跨越地球的糯汐極限 這個陪伴了地球生命45億年的忠實夥伴 將會在地球強大的潮汐力面前開始變形 它的表面會出現巨大的裂痕 如同破碎的彈殼 最終在無聲的宇宙中徹底解體 化作數以億計的碎片 但它的碎片並不會就此消散 而是會遵循引力的法則 反反聚攏在地球的赤道平面上 這些曾經構成了月球山脈的海洋 將在地球的懷抱中重新編織 化作成一道圍繞著這顆藍色星球的潔白的壯麗的光滑 對於那個時候可能存在的任何人類來說 地球將會擁有一個比土星更為緻密更明亮的光滑 夜空中將不會有一輪明月 取而代之的是一條橫貫天際 由月球一海組成的星河 那一幕無疑將是太陽系歷史上最壯觀的景象之一 經過科學家的長期研究發現 並不是所有的母星都會將自己的子星分裂 這一標準取決於質量更小的那顆天體的密度到底有多大 2009年,科學家舊成提出假設 是不是在一顆天體觸發了另一顆天體的洛希極限後 質量相對較少的子星的密度越大的話 被分裂的可能性就越小了 這個假設很快引起了國際上眾多的物理學家討論 其中就有人認為,以月球為例 如果這個星球無限制地一直在靠近地球 那麼當月球觸發了地球的洛希極限時 它是否會有可能突破地月之間的洛希極限 然後會被強制性地分解 如果沒有的話,月球將會在這個時候迎來怎樣的結局呢? 經過了四年的討論 2013年《自然》科學雜誌對這個問題還專門做了研究 大多數科學家認為 當月球突破地月的洛希極限時 它並不一定會被地球的引力撕成粉末 雖然從當前的地月之間的距離來看 兩者都是相對安全的 因為地球和月球之間一直保持著38萬公里的距離 並且從目前的各項數據來看 地球和月球的直線距離在慢慢地拉開的 一段時間內,月球都不會觸及地球的洛希極限 但是當月球距離地球大約7446公里的時候 它會觸及地球的洛希極限 這個時候它將有可能會被地球的引力撕成粉碎 不過需要強調的是 這個結果是在人們不需要考慮地球和月球的密度差所得出的結論 當人們開始考慮各項綜合瞭解的時候 得出的月球真正觸及地球洛希極限的距離 應該是兩者位置小於1380公里的時候 但這個數據卻顯得那麼不真實 因為1380公里放在地球上 就相當於是從上海到北京的距離 如果有一天地球和月球之間的距離真的如此接近的話 相信那年還未真正的到來之前 地球上的人類早就應該想盡一切辦法來杜絕該類現象發生了 由此可見,自然法則無論是在地球上還是在宇宙的其他現象中 其實都可以得到驗證 無論是各大星系還是各大天理之間 都會有自己的運行方式和規則 它們似乎都像是在遵循遊戲的規則一樣 在自己安全的環境下做著自己的事情 洛希極限也許是理性宇宙運行法則的一個規律 相信在未來的科學探索中 人類將還會發現更多的有趣的天文現象