小行星與地球的最小距離達到什麼程度,才不會被吸引撞向地球?

2020-12-22 優美生態環境保衛者

據有關機構的研究表明,每年降落到地球上的隕石總量可以達到幾十到幾百萬噸,也就是說每天都有近1萬噸的隕石砸到地面,這裡還不包括那些在大氣層中完全「燃燒」的、以及被月球正面阻擋的數量。以美國NASA為代表的一些國際空間研究組織,時不時會發出太空預警,其目標就是針對那些運行軌道非常靠近地球的小行星的運行軌跡進行重點監測,然而從目前的科技水平來看,我們能夠做的也僅僅是捕捉到其中一小部分小行星的運行軌跡數據,其它的則無能為力,根本做不到深空攔截或者引導偏離。有的小夥伴們不禁要問了,小行星與地球的距離最小是多少,才不會被吸引降落到地球呢?

我們首先來看一下這些小行星的來源。根據科學家們的監測,降落到地球上的小行星,絕大多數來源於兩大區域,一是木星和火星之間的小行星帶,二是海王星軌道外側的柯伊伯帶,據初步預測,小行星帶中的小行星數量至少在50萬顆以上,而柯伊伯帶中的小行星數量多達幾百萬顆。通常情況下,這些小行星都「比較聽話」,在既有空間軌道範圍內圍繞著太陽公轉,再加上小行星與小行星之間的平均距離也太過於遙遠,它們與太陽系其它行星之間都相安無事。

然而,由於宇宙中所有的天體都處於相對運動的狀態,這些小行星與大質量行星的距離時刻會發生著變化,另外,即使小行星與太陽相隔甚遠,但由於公轉軌道並非標準的正圓形,在處於不同位置時,其距離太陽的距離會有所差別,其運動速度也不盡相同,這樣就造成了小行星之間的距離以及公轉速度也時刻發生著變化,因此使得小行星之間不可避免地發生相互碰撞,結果要麼小行星碎裂,要麼偏離原有的軌道。在這樣的情況下,小行星帶和柯伊伯帶的小行星是非常不穩定的,總會有一定的機率逃離原有的軌道,以一定的速度向著四面八方散開來。

我們都知道第一宇宙速度和第二宇宙速度的概念,分別達到這兩個速度之後,物體圍繞一個星體運動,就可以相應地分別實現圍繞運行和逃脫引力束縛,因此這兩個速度又分別被稱為環繞速度和逃逸速度。對於環繞星體運行的物體來說,其受到星體的萬有引力,正好充當了物體環繞運行的向心力,那麼根據萬有引力公式和向心力公式,我們可以推導出環繞速度V=(G*M/r)^(1/2),從該公式可以看出,只要保障物體在沿著公轉軌道運行的切線方向上的速度,大於等於這個環繞速度,即可實現圍繞這個星體運行,而與物體本身的質量無關。我們在地球上發射人造衛星,其實就是利用了這一原理,只要確定了想要達到的衛星軌道高度,然後利用相應級數的火箭,使衛星沿著軌道切線方向的速度達到這個最低的環繞速度即可,衛星就不會因引力吸引而掉下來。

我們也可以通過廣義相對論來解釋這種環繞現象。愛因斯坦廣義相對論認為,但凡有質量的物體,就會對周圍的時空產生彎曲,而其它物體則會在這種彎曲時空內沿著測地線運行,即兩點之間的最短路徑。當物體達到切線方向的環繞速度以後,其在切線方向上行進的距離,正好與時空彎曲所帶來的「漩渦效應」相抵消,從而使得物體與星體之間的距離保持不變,所以在引力作用下形成的測地線的方向很重要,它是決定著物體最終運行形態的決定性因素。

因此,我們回過頭來看小行星運行到近地軌道的情形,當小行星的運動方向即測地線的目標指向地球時,不論其速度大小為何,其最終的命運只能是墜向地球。如果其運行方向沒有直接指向地球,而是從地球近地軌道的某一高度切過,則決定其最終命運的就是它的速度,也就是說測地線的角度在一定的範圍之內,其切向速度介於這個高度之下的第一和第二宇宙速度之間,則這顆小行星就會環繞著地球運行,大於第二宇宙速度,則會在引力作用下發生方向偏移,從而從地球外側掠過。如果小行星進入的角度太大、或者小行星的運行速度過小,則都會最終進入地球的大氣層。所以,小行星與地球之間不存在著最小的安全距離,決定其能否墜入地球的因素有兩個,第一是其行進的方向,第二是其運行的速度。

即使進入地球大氣層中的小行星,能否最終砸向地面,也會受到多種因素的影響。那些質量較小、結構鬆散、速度較快的小行星,基本上都會在通過地球大氣層中「燃燒殆盡」,有些還會在運行過程中,受到超高速的激波壓力產生的壓力差作用而裂解,最終砸向地面的小行星比例,與運動到近地軌道的小行星的總量相比可謂少之又少。

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