流浪地球

在电影《流浪地球》中描述了这样一个场景:当地球在行星发动机的推动中驶向比地球大1000倍的木星时,受到木星引力的影响地球即将撞向木星。生死存亡之际,主人公刘启提出一个伟大的方案——点燃木星,将地球推离木星!最终方案成功,人类获救。
 
现实中,我们不必过于纠结这个方案的可行性。不过试想一下,假设人类不实施这个方案或者这个方案失败,后面出现的情景可能是怎样的?地球撞击木星?相信不少人会这样猜想。其实后面发生的情景要比地球撞击木星更严重一些——地球在还未撞击木星之前就已经解体了!这个场景其实在电影中也描述过,而且电影中也提到了一个重要的名词,那就是洛希极限!

 

洛希极限

定义:洛希极限Roche limit是一个天体对自身的引力与第二个天体对它造成的潮汐力相等时两个天体的距离。当两个天体的距离少于洛希极限,天体就会倾向碎散,继而成为第二个天体的环。它以首位计算这个极限的人爱德华·洛希命名。
 
因为物体分为刚体和流体,所以洛希极限也对应有两个不同的值
 
假设地球为完全刚体(理想状态下),洛希极限为

$$ \approx 1.260R(\frac{\rho _{M} }{\rho _{m} }) ^\frac{1}{3} $$

假设地球为完全流体(理想状态下),洛希极限为

$$ \approx 2.243R(\frac{\rho _{M} }{\rho _{m} }) ^\frac{1}{3} $$

其中d为洛希极限(即地球至少要离木星d的距离才不会被完全扯碎),R为木星半径,为木星密度,为地球密度。
 
从上面两个公式可以看出,流体的洛希极限要大一些,这可以通俗地理解为软的物体比硬的物体更容易被扯碎。实际上,由于有黏度、摩擦力化学链等影响,大部分物体都不是完全流体或刚体,所以洛希极限是在这两个界限之间。
 
我们已知木星的半径为71492公里,木星密度为1326千克/立方米,地球的密度为5507千克/立方米,把这些数据代入公式中可得56029公里99741公里。影片中最后点燃木星时,地球离木星大概7万公里左右的距离.
 
正处于流体洛希极限与刚体洛希极限之间,部分大气层已经被木星所吸引而发生逃逸,再近一步就会突破刚体洛希极限而导致地球被完全撕碎,对于地球上的人类来说,确实是一个生死存亡的关头。

 

地球在刚体洛希极限解体过程

模拟一下地球解离的过程

1.当地球距离木星较远,引力远大于潮汐力,地球是球型

距离较远图

 
2.当地球距离木星较近,地球在潮汐力的作用下变型

距离较近图

 
3.地球处于刚体洛希极限,巨大的潮汐力将地球撕裂,地球解体

在刚体洛希极限图

 
4.地球超过刚体洛希极限,地球解离,一部分成为木星环,另一部分撞击木星

超过刚体洛希极限图

 

洛希极限与爱情

我想这大概就是因为洛希极限所求得极限值而得名吧!洛希极限简单来说就是指天文学上两个天体之间互相吸引的最短距离。正是因为他们之间的距离很短,所以像是两个恋人之间的亲密。
 
就像是地球和月球之间的关系,因为月球一直守护在地球身边,又有洛希极限存在,所以使得它们之间保留了最合适的距离。一旦靠近,月球就会被粉碎,成为最美丽的光环。
 
如果你喜欢一个人,就和他的关系保持在你和他的洛希半径内,永远不要靠得太近,才是最好的保护,否则总有一方会粉身碎骨。

Last modification:May 31, 2022
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