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小行星距离得多近,才会被吸引撞向地球?

但很多时候听到这个消息的时候,小行星已经飞过了!也有一头撞入地球的,1908年通古斯大爆炸发生,2013年车里雅宾斯克小行星凌空爆炸,那么小行星要靠得多近才会撞入地球呢?

经常听到NASA发布的小行星从地球多少千米处经过的新闻,有时候是预告,但很多时候听到这个消息的时候,小行星已经飞过了!也有一头撞入地球的,1908年通古斯大爆炸发生,2013年车里雅宾斯克小行星凌空爆炸,那么小行星要靠得多近才会撞入地球呢?

为什么小行星会靠近地球?

两个互为排斥的物体,即使想把它们挤到一起都很难,因此宇宙中相互靠近的天体必定有一个因素,那就是万有引力!牛顿在1687年7月5出版发行的《自然哲学的数学原理》中首次提出牛顿运动定律,同时也发布了万有引力定律,让大约半个世纪以前开普勒发布的行星运动三大定律成为了可以从万有引力定律中推导出来的定理。

开普勒当时给出的只是一个经验公式,而牛顿则成就了其理论推导过程,此后万有引力定律成了天体运动的理论基石,开启了太阳系内最伟大的发现(海王星和冥王星都是计算指导发现的)!

万有引力下的太阳系天体运动

开普勒行星运动定理已经告诉我们,行星的运动是一个椭圆形,而太阳则位于其一个焦点上,而公转运动则维持其不向中心恒星跌落!根据行星与恒星之间的距离不一样,行星维持轨道的角动量也有差异,但角动量不会无缘无故消失,因此在角动量守恒的条件下,当行星运动半径变化时,其运动线速度会增加!

根据开普勒第一定律,太阳位于椭圆轨道的一个焦点。

天体运动的来历

宇宙中没有什么天体是绝对静止的,太阳系行星和小行星的运动角动量继承于太阳系形成时的星云积盘的角动量,而这个角动量则来自于天体间因为万有引力主导下的测地线运动,因此当两个天体互相吸引过程中运动时,它们是沿着测地线运动的,当然对于质量相差悬殊的小行星和行星来说,我们能看到的主要是小行星的运动!

木星那些眼花缭乱的卫星

因此我们常常理解的小行星受到了地球的吸引,其实小行星也吸引了地球,只不过两者的质量实在相差太大,因此这个运动是以行星运动为主的,就像舔狗一样,实力相差悬殊的时候总是有一方是主动的,而这次就是小行星舔狗了!

为什么有的小行星会逃逸,有的小行星会撞入地球?

小行星撞上地球有两个原因,一个是测地线运动方向的末端是地球,另一个是速度不够!我们一一来做个简单解释!行星捕获小型天体有三种情况:

行星捕获天体的三种情况

行星捕获天体的情况有三种,分别是坠落、环绕和逃逸!在万有引力发表后,牛顿还设想了一种逃离地球的加速方式,即利用物体围绕地球圆周运动产生的“离心力”来和引力抗衡,两者平衡时就是环绕速度,远大于就可以是逃逸速度!

因此当小行星进入角度合适,其速度在环绕速度和逃逸速度之间时,该天体就成了环绕行星运动的卫星,当该天体的速度大于行星的逃逸速度时并且进入角度合适时就会逃逸,因为它运动速度产生的“离心力”大于它们之间的相互引力。

但坠落地球的情况却不只是速度不够,速度不足确实会让该天体坠落在行星上,但测地线运动的轨迹也非常重要,比如进入角度太大,测地线轨迹末端直接指向了行星,那么小行星将会直直的撞上行星,速度再快又有何用?

角度合适,速度足够就能逃离行星吗?

其实也不全是这样,在这里我们必须要来了解一个洛希极限的概念!这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,当这两个天体之间的距离小于洛希极限时,小型天体就会倾向于碎裂,成为环绕行星的一个环!

美丽的土星环就是天体在土星洛希极限内碎裂形成

关于洛希极限这个概念,在《流浪地球》中就已经有过提及,剧情中地球在逃离太阳系最重要的一个情节,利用木星的引力弹弓效应加速时因为木星强大的引力导致大量行星发动机失效,太靠近木星落入了木星的洛希极限,面临解体坠入木星的风险!

但其实地球的洛希极限在木星的内部,因为天体的洛希极限不是一个固定值,而是跟靠近的天体材质有很大关系,比如一颗流体为主的天体,它的洛希极限大约是17万千米,而地球是一颗岩石质行星,因此它的强度要比流体为主的天体要高得多,而木星则是一颗气态行星,因此地球平均密度大约是木星4倍以上(只要环绕天体是中心天体密度的2倍以上,它就不会在所有环绕轨道上碎裂),因此地球在木星轨道上计算后的洛希极限小于1个R(木星半径),所以说地球的洛希极限在木星内部!

小行星碎裂的几种原因

一般一颗单一的岩石质小行星是很难在地球轨道上上碎裂的,而一颗非常松散的小行星则有可能,但一般情况下直径几十米的小行星极少发生这种可能,因为小型天体的结构将远超流体力学平衡平衡的天体。比如金属材质的卫星等,但如果卫星又庞大的附着物比如太阳能电池的强度等就不得不考虑这种情形。

还有一种小行星进入大气层后碎裂,此时影响碎裂的不再是洛希极限,而是高超音速的激波导致高压和小行星后方的压力差,比如车里雅宾斯克的小行星就是在30千米的高空因为这种状况碎裂,高速运动的物体碎裂引发的效果,堪比爆炸!

2019年2月一颗小行星在白令海峡上空爆炸

因此导致小行星坠入地球的情况是比较复杂的,距离过近比如进入了大气层,或者测地线运动末端指向了地面,那么肯定会撞上的,但如果是一颗岩石质天体,那么进入地球大气层又被水漂效应弹回宇宙的可能性是存在的,比如今年2月份发表在《皇家天文学会月刊》上的论文就认为通古斯爆炸的小行星就被弹回了宇宙!

不过更多时候小行星则是从地球附近高速掠过,小行星和地球都逃过一劫,那么它将会继续笑傲太阳系!

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