什么是洛希极限？

发布时间：2024-08-27 19:50:34 栏目：精选知识

导读 “洛希极限”极为可怕，任何天体跨越了这个距离，都不会有好下场。首先拿地球和月球关系为例来解释这个天文术语吧。目前的地月距离为38万公

“洛希极限”极为可怕，任何天体跨越了这个距离，都不会有好下场。



首先拿地球和月球关系为例来解释这个天文术语吧。目前的地月距离为38万公里，假如让月球围绕着地球一点点靠近，随着双方距离的缩小，达到某一极限距离时，月球不会再以一个整体冲向地球，而是整个会被地球的潮汐引力拉扯破碎，逐渐碎散成一条陨石带，围绕地球旋转，按照公式计算，这个距离应该是10000公里左右，这就是“洛希极限”，是定义两个天体之间保持安全运行的最近距离，突破这个距离，较小的星体则会粉身碎骨。好在月球现在以每年4cm的速度在远离地球，所以月球和地球之间不存在发生洛希极限的可能。

天体达到洛希极限后需要具备三个条件，才能进入散碎状态，以环状拥抱另一个天体。

第一，两个天体间的质量要相差悬殊，一般都是行星和卫星之间天体的距离极限值。

第二，发生解体碎散的天体的物质结构以流体形式为主。

第三，特殊情况比如非球体的陨石，人工构造的空间站等，形状不规则的流星彗星等不能靠这个定律来判断。

天文学家通过研究发现，太阳系中就曾经发生过突破洛希极限的案例。

土星原先是没有行星环的，但是那些围绕它运动的小天体突破了两者之间的洛希极限，导致土星强大的引力将小天体吸引过去并且最终导致小天体被粉碎。被分解的小天体产生大量的碎片，随着被粉碎的小天体越来越多，形成的碎片就会越来越多，在土星的引力作用下它们逐渐形成了行星环。所以科学家曾经这样说，摧毁一个星球的最快方法，莫过于让它突破“洛希极限”。

“洛希极限”到底有多可怕呢？

电影《流浪地球》中，地球遭遇木星的“洛希极限”是人类面临的最大灾难。刘慈欣笔下的地球绝望的坠向木星，随着距离越来越近，突破了“洛希极限”值，被木星强大的潮汐力彻底撕碎。一部分物质直接坠入木星，另一部分还没来得及冷却的岩浆和碎块，则被木星巨大的动能甩向木星星环，形成壮烈的岩石带。

走过46亿年岁月并曾孕育出伟大生命与文明的地球，将因此彻底走向终结，变身宇宙中无数粒普通的尘埃，散落在木星这个恐怖巨怪的气团中。这就是洛希极限带来的灾难场景。

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洛希极限是指两个质量差距悬殊之间天体存在的一种特殊距离值。当这两个天体接近到一定距离时，质量较小的天体就会受到质量较大天体潮汐力影响使自身解体的现象。因为这个特殊距离值是被法国天文学家爱德华·洛希首先计算得出，因此称为洛希极限。

洛希极限

假设洛希极限为d,如果一个天体为球形(小质量天体)且完全刚体时，这个天体形成时又完全是依靠重力。那么如果这个天体所围绕运行的天体也是球体(大质量天体)时，我们可以抛去潮汐变形及自转等因素去计算。我们可以设大质量天体的半径为R，ρM是大质量天体的密度，ρm是小质量天体的密度。这时我们可以计算出这两个天体的洛希极限约为:1.26R(ρM/ρm) 1/3

但对于流体天体时，潮汐力会将它拉长，让这个天体变得更加易碎。由于有化学链、摩擦力等因素的影响。大部分天体不会出现纯刚体或纯流体的状态，所以其洛希极限都应该在这两个界限之间

地球与月球的洛希极限

通过计算可得地球与月球的洛希极限大约为1.35万公里，那么如果现在将月球绕地轨道拉进1.35万公里之内会发生什么呢？由于月球轨道距离地球太近已经小于二者的洛希极限，所以月球的表面开始受到地球潮汐力的作用开始慢慢解体，月球碎片会不断地撞向地球，而碎片撞击地球的位置基本与月球轨道平行。最终在月球自身重力小于地球潮汐力和月球高速运动产生的离心力的情况下月球完全瓦解。最后稳定下来的月球碎片将围绕地球运动形成地球的光环。

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2019年春节上映的科幻电影《流浪地球》着实让科幻迷们过了一把科幻瘾。该片的恢弘场景震撼人心，也蕴含了大量的科学知识，其中有一个反复提及的名词“洛希极限”想必大家也记忆深刻。那么，什么是洛希极限呢？洛希极限是19世纪法国天文学家E.A.洛希根据万有引力与牛顿第二定律计算得出的星球的卫星解体的临界极限距离。

要弄清楚洛希极限，我先从推导出洛希极限的两个基本物理定律讲：

1、万有引力定律：

万有引力定律是牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中首先提出的。其描述为自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，可以用以下公式计算：

其中G代表引力常量，其值约为6.67 10-11 N·m²/kg²。

2、牛顿第二定律：

物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。该定律是由艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》一书中提出的。牛顿第二运动定律和第一、第三定律共同组成了牛顿运动定律，阐述了经典力学中基本的运动规律。

3、洛希极限：

如上图，当一个质量为m，半径为r的球体靠近一个质量为M的球体时候，可以根据万有引力即牛顿第二定理我们可以得出：

即当球体m靠近大球体M一边的物体m1的加速度大于球体m远离大球体M一边的物体m2的加速度时，球体两边的物体因为加速度大小不一样，就会逐步被“拉扁”，并破坏球体原有的结构，最终导致球体m解体。

上式化简后得：

所以只要知道大球体的质量M，小球体的m即其半径，带入上式就可以求得洛希极限距离R。

综上所述我们可以知道，天体在靠近大质量的星体时，会由于引力造成的天体破坏，而洛希极限就是这个天体达到临界破坏时距离大质量星体的距离。所以笔者在做科普的时候，经常想说的：“科学概念本来就很难理解，但是我们的科学家，尤其西方科学家们，为了体现自己在科学中的贡献，经常把科学概念用自己的名字定义，导致大家更难理解。比如我说毕达哥拉斯定理有几个知道？但是如果叫勾股定理是不是更通俗易懂；同样我一直呼吁科学界应该把牛顿三定律叫力学三定律，欧姆定律叫电压电阻定律，洛洛希极限叫破坏极限等等，会不会更通俗易懂？”难道非要叫“洛希极限”才显得高大上。

顺便吐槽一下，本人在2018年初的时候，参加中国科学院理论物理研究所的讲座（打酱油），整个会场没有一个外国人，全部都是中国的院士、中国科学院的博士，拿着中国的科研经费，而全程都有英语，包括论文、讲座、交流！难道中国的科研经费研究出来的结果首先得让“洋大人”看懂，国人看不看的明白不在这些院士、博士考虑范围之内，这也是我做科普的动力之一，总得有人出来把高深的前沿科学“翻译”成国人明白的、听得懂语言。

最后谢谢大家，这里是白说世界，用数学的思维，科学的方法跟大家一起对文化知识追本溯源。原创不易，如果大家对我的观点有不同的想法，请在评论区留言交流；你若关注、我必回应，互关互动！