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我們知道兩個物體之間存在萬有引力的作用,每個天體都會以自身為中心形成一個球形的萬有引力勢力範圍;這個球形範圍就叫洛希球,也被稱為希爾球,是美國天文學家喬治·威廉·希爾在法國天文學家愛德華·洛希的工作的基礎上定義的一個空間,在這個區域內的物體主要受到該天體的引力作用。每一個天體都有自己的洛希球,洛希球之間相互擠壓,但是不會重疊,也就是說每一個天體的引力都有自己獨立的勢力範圍。

衛星繞著行星轉動依靠的是向心力,而向心力就是由引力提供的,所以一個小天體要想成為某一個大天體的衛星,那它必須位於那個大天體的洛希球內。所以我們考慮一個天體是否存在衛星,首先就要思考一下該天體的洛希球有多大。

那麼怎麼計算一個天體的洛希球的大小呢?如果一個天體(例如地球)品質是m,被它環繞的更大的天體(例如太陽)品質是M,軌道半長軸是a,離心率是e,那麼這個天體(例如地球)的洛希球半徑r的近似值為:

經計算,地球的洛希球半徑為150萬千米,所以地球很輕易的就捕獲了距離其只有38萬千米的月亮。而如果有某些因素使得月亮擺脫了地球的束縛,並進入太陽的洛希球的話,它就會和地球一樣,直接圍繞繞太陽轉動了。

有些人腦洞大開:宇宙飛船有洛希球嗎?如果有的話宇航員就可以繞它旋轉了。我們假設宇宙飛船有100噸,它在距離地球表面300千米的太空中繞地球飛行,計算得出它的洛希球的半徑只有1.2米,比它自身尺寸小的多。有些同學會追著問,那人也會有洛希球嗎?答案是肯定的,但人的洛希球也比人的自身尺寸小的多,所以你就不要期待會有一個小東西繞著你轉了。

但是,如果流浪的小天體跑到大天體的洛希球內,小天體就會成為大天體的衛星嗎?那得看看是什麼情況了,如果距離合適且運動狀態合理的話,小天體是有可能成為大天體的衛星的。但如果小天體是從遠方高速呼嘯而來,暫時“借路”穿過的話,大天體是很難挽留的,也許它還會擔心這個小天體會不會迎面撞上自己。還有一種情況,那就是小天體如果離大天體太近,它會被大天體的潮汐力撕碎而摧毀,更不可能成為其衛星。這是為什麼呢?這裡得提到一個詞——洛希極限。

和洛希球一樣,洛希極限同樣是以法國著名的天文學家愛德華·洛希的名字命名的。愛德華·洛希於1820年生於法國,卒於1883年。除了洛希球、洛希極限外,洛希還提出了洛希瓣、洛希模型等理論,對人類天文學的發展做出了非常重大的貢獻。

那什麼是洛希極限呢?洛希極限指的是兩個天體之間安全距離的極限值,它通常是大的天體半徑的2.44倍。如果兩個天體之間的距離小於洛希極限,由於潮汐力的作用,小品質天體就會被大品質天體撕裂。

根據萬有引力,兩個物體的距離越小,它們之間的引力越大。而天體是立體的,由於距離和角度的不同,每個部位受到的引力是不一樣大的。當兩個天體的距離小於洛希極限的時候,小品質的天體各部位承受的引力差就會變得很大,最終整個小天體會被大天體撕裂成碎片。土星被譽為太陽系最漂亮的行星,有一層十分漂亮的光環在環繞著它,頗具神祕色彩。但其實這個光環就是由土星的潮汐力撕碎的小天體的碎片形成的,裡面大概含有數十億塊小塊的冰塊和岩石。無法想象土星總共撕裂了多少個小天體,可見潮汐力是多麼恐怖。

經過計算,地月之間的洛希極限是1.55萬千米。如果月球與地球最近距離是1萬千米時,它首尾之間的引力大小相差達80%,它就會被地球撕碎並且成為地球的光環了。這對人類也是災難性的,因為引力具有雙向性。如果地月過近,地球也會受到極強的潮汐力,雖不至於撕裂,但會導致地震、海嘯等超強自然災難的發生。

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