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月球会掉下来吗?

加入时间:2024-05-21 17:58    访问量:1682    信息来源: 大自然探索 2024年2期

  2022年上映的某部科幻电影展现了月球在一股强大而又神秘的力量下,朝地球缓缓坠落。月球坠入地球有可能发生吗?

  首先,让我们来看看行星与其卫星是如何互相影响的。在重力作用下,地球和月球相互吸引。根据牛顿的万有引力公式,我们可以知道地球和月球之间的引力与两者的质量成正比,且与两者质心之间距离的平方成反比。

  在计算地月引力时,G为万有引力常数,M为地球的质量,m为月球的质量,r为两者质心之间的距离。通过计算,可知地月之间的引力为1.894×1020牛(作为对照,一匹成年马全力输出的拉力约为1600牛)。

  地月之间的引力如此巨大,为什么月球没有被地球的引力拉向地球,和地球来一次激烈大碰撞呢?这是因为月球绕地球运行时产生的离心力阻止了月球坠入地球。事实上,月球不但不会离我们越来越近,反而以每年约4厘米的速度逐渐远离地球。

地月系统的角动量守恒

  事实上,月球自形成之初起就在不断远离地球。根据迄今掌握的相关证据,科学家反推出了月球形成的大概过程。

  刚刚成形的月球和地球的距离比今天近得多,月球绕地球旋转的周期也更短——只需要17天就能环绕地球一周。在地球的引力作用下,月球的自逐渐减速并最终停止,永远以相同的一面朝向地球;相应地,在月球的引力影响下,地球的自转速度也在缓慢降低。为了维持地月系统总体角动量守恒,月球便会逐渐远离地球。

洛希极限是个什么极限?

  法国数学家洛希曾经深深痴迷于观测美丽的土星环。经过对土星环的长期观测,他发现了一个奇怪之处:土星所有的卫星都位于土星环之外。一个念头不经意地划过他的脑海——土星环会不会曾经也是土星的卫星之一,只不过因为这颗卫星太靠近土星,而被土星的引力撕碎,形成环绕土星的环状结构?

  洛希在万有引力公式的基础上提出了潮汐力的概念。潮汐力是一种压缩或拉长物体的假象力,是由物体不同区域所受的引力强度差异所形成的。

  在距离土星较远时,卫星自身的引力尚可以克服土星潮汐力的影响,保持自身的形状。然而,这种状况只是暂时的:随着卫星逐渐坠入土星,土星对其的潮汐力影响越来越大,最终超过了卫星保持自身形状的引力,于是卫星在潮汐力的作用下四分五裂。洛希极限就是行星对卫星的引力刚好等于卫星维持自身形状所需引力时的距离,只要卫星越过洛希极限,它们就会被行星巨大的引力逐渐解体。

如果月球飞向地球

  假如某种神秘力量让月球环绕地球的速度提高,导致还没等地球自转一周(约24小时),月球就绕地球运行了一周,那么,根据角动量守恒定律,地球的自转速度会因此逐渐加速,而且月球会逐渐靠近地球。

  即便这种情况真的发生,月球也不会完完整整地撞上地球。某些因素决定了一旦月球离地球的距离小到一定程度,月球就会被地球的引力撕裂——仿佛地球周围有一层看不见的保护罩一样。

  根据洛希极限公式可以计算出,当月球接近到距离地球9500千米时,地球对月球的引力就会超过月球保持自身形状的引力,从而将月球逐渐撕裂。月球碎片将在地球引力作用下形成一个“地球环”。这些碎片会继续环绕地球运行一段时间,最终以碎片的形式坠入大气,就像陨石那样。

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