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在太陽裡內,曾有很長一段時間,各種大物體相互碰撞。大約在過去的45億年間,太陽系中沒有較多的行星級碰撞,不過仍然有許多“小”碰撞發生,例如6500百萬年前導致生物大滅絕的奇克蘇魯布隕石(對於太陽系的年齡來說,6500百萬年的時間差不多就是早晨的時光)以及1994年被木星撕裂的舒(蘇)梅克-列維9號彗星。

圖解:吸入舒(蘇)梅克-列維9號彗星碎片的木星。上圖右下角,木星表面每一塊黑色的雲團都是彗星碎塊導致的,並且每一塊雲團都比地球大。

行星之間是否會發生碰撞或者擦肩而過曾經是重要的問題,但目前看來它沒有之前那麼重要了。不過,在在太陽內,這仍然是一個嚴肅的話題,因為除了人類,沒有其它生命會考慮這件事了。

圖解:1994年5月17日,哈伯太空望遠鏡拍攝到的休梅克-利維9號彗星,可見木星引力將彗星扯碎成21塊直徑5公里左右的碎片

讓我們假設太陽系中有一顆和地球一樣大,叫做“Htrae”的行星,並且它的組成成分也和地球差不多(不過該行星上的生物可能長著邪惡的山羊鬍,像幽靈一樣,還會將名字倒過來拼寫)。

圖解:Htrae是地球上一個平行宇宙中的同級行星,那裡的一切都與地球相反。該行星是由赫爾曼·D·克蘭克斯尼克(Herman D. Crankshnick)在2005年發現的。

正面碰撞或者甚至是掠碰(非對心碰撞),都會和你所認為的,兩顆行星最終變成一團熱塵埃,有或多或少的出入。人類對地球所能造成的影響可能是在地殼上留下些凹痕或者打通地殼,不過巨大的衝擊會使兩顆行星像兩顆水滴一樣: 地球和Htrae會像液體球相撞一般“飛濺”,而不是像兩個粘土塊一樣。兩個品質相似行星正面碰撞會導致它們都被摧毀。行星之間發生掠碰(非對心碰撞),會使它們自身會開始“震動”,接著所有的原始表面都會被摧毀。目前關於月亮起源的現代理論就認為月亮來自於地球和另外一顆星體的掠碰。

如果Htrae從天上掉下來,那麼它撞擊地球的速度會和地球逃逸速度:11km/s差不多在同一個量級上(可能會更大)。從Htrae看起來和太陽或者月亮差不多大時開始計算,經過幾個星期,它才會撞擊地球。但是Htrae穿越大氣層的時間只有幾秒鐘。

如果你恰好在撞擊點附近,你會看到Htrae從一個地平線橫跨到另一個地平線(它完全遮蔽了你的天空,除了Htrae,什麼都看不到)。碰撞之前的一段時間內,兩顆行星的大氣會因為突然被壓縮而發出明亮的光。碰撞發生的幾秒或者幾分鐘之內,會釋放大量的光和熱,你就被汽化了。而此時Htrae還沒到達地面,所以你不太可能會被行星壓碎。在地球遠端的人們也並不會更好一些。在基本上沒有任何預警情況下,他們必須面對突然劇烈變化的地面和地面上的各種物體,還有可能被直接撞飛到太空中去。

簡言之,你會被地面毫不留情地扔到致命的深空之中。

如果是一次近距離地掠過就沒有正碰這麼誇張了,不過你也絕對不會想要在掠射點附近。當你處在兩個品質差不多的星體中間時,兩個星體對你的引力差不多大。雖然你站在地球的表面上,不過你還是離地球的質心非常遠(大約平均4000英里,6400公里)。所以,就算Htrae非常靠近你,那你也至少離它的質心有4000英里的距離。地球上沒有什麼東西具有“只受地球引力影響”的特殊性質,所以如果你足夠“幸運”,當Htrae從你頭上經過的時候,你會體會到零重力的感覺。

圖解:地球和Htrae之間以非常小的距離擦過。它們中點的引力會是怎麼樣的呢?

當然,和地球上的物體一樣,Htrae表面上的東西也不會有其他什麼特殊的性質。星體表面自身也會發生移動,星球上的大氣也會抓住這次機會逃逸或者進行交換。在巨集觀尺度上,我們以“某顆行星進入了另一顆行星的洛希極限”來描述這種現象。洛希極限內的星體會逐漸一點點的剝離成小碎塊。這不僅是因為處在行星之間的物體會進行自由下落,也因為落入洛希極限的物體所受的引力會突然發生劇烈的變化,指向其所落向的星體。那行星大小的陸地滑坡看起來是什麼樣子的呢?也許遠遠看會覺得這種現象非常壯觀,不過這種觀看距離是非常遙遠的。

圖解:考慮一個因引力而結合的流體物件,繞某星體公轉。當它和洛希極限相距頗遠時,其形狀一般都很接近圓。

儘管兩顆行星只是擦肩而過,並沒有真正發生碰撞,也會帶來巨大的損害。在這兩顆行星之間,圍繞著它們運轉的碎片雲(或者說是“翻滾的熔融物質”),以及由海洋、地殼和地幔構成的物質帶,會隨著行星的分離而延伸開。不過這種現象並沒有在行星尺度上觀測到,因為最近的撞擊現象中,撞擊物體的引力幾乎可以忽略不計。在彗星上垂直起跳你甚至可以跳到無窮高的距離(如果你嘗試這麼做的話)。

圖解:忒伊亞是一顆假設存在的遠古行星,存在於早期的太陽系。根據大碰撞說,忒伊亞星的直徑約6000公里,差不多跟火星一樣大,位於地陽拉格朗日點,屬於地球特洛伊;45億3300萬年前,忒伊亞與地球相撞而形成月球。

更糟的是,除非兩顆行星恰好處在擦肩而過的狀態(也許它們是相反執行的軌道或者Htrae是來自於太陽系外的行星),否則近距離的掠過一般只是正碰的序幕。對地球和Htrae造成損害和擾動是需要花費能量的,這能量大多數來自於行星的動能,所以在一次近距離的掠過之後,兩顆行星的速度一般都會比之前的速度小。

這就意味著這兩顆行星一般無法再次逃逸(至少不可能永遠保持相安無事的狀態)。實際上,這就是舒(蘇)梅克-列維九號彗星為什麼是花了很長時間以碎塊的形式撞擊木星而不是整個彗星一次性落入木星。在撞擊之前,彗星已經進入了木星的洛希極限(也許經過了好幾次),它被撕裂成石塊碎流,速度也減慢了。

相關天文名詞

休梅克-利維9號彗星是一顆彗星,於1994年7月中下旬與木星相撞。這是人類首次直接觀測太陽系的天體撞擊事件,引起全球多家主流媒體的關注,也引發各地天文學家與天文愛好者的觀測熱潮。人們透過這次事件更多了解到木星及其大氣的資料,以及木星所扮演的在太陽系內以強大引力清理“太空垃圾”的“清道夫”角色,使地球上的複雜生命免於受到頻繁的天體撞擊。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 琪琪的粥- askamathematician-The Physicist

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