一看到安全距離這個詞,就會不由自主地想起我的專業中所涉及到的安全距離,那就是建設項目的環境影響評價中,對建設項目的布局起到決定性作用的衛生防護距離和安全防護距離,其中衛生防護距離是指在項目建設和運營過程中,其產生的無組織排放汙染物距離周邊居民區的最小距離;安全防護距離是指為了防範具有一定危險因素的生產裝置或者車間,在生產過程中可能會引發的安全事故(比如爆炸、有毒有害物質洩露),對人體產生影響的最小允許距離。以上兩個距離對於最大程度地保護人體健康和公共設施的安全具有重要意義。
我們所處的宇宙,是由恆星、行星、衛星、星際氣體等組成的恆星系統為基本單元,然後眾多恆星系統共同組成一個星系,星系上面還有星系團、星系群等更為宏大的天體結構,而維持著這些天體作規律性運動的主要驅動力則是萬有引力,雖然通過現在的觀測結果,在一定程度上證實了暗物質和暗能量的存在,它們以一種更為「隱蔽」的方式推動著宇宙空間的收縮和擴張,但是根據哈勃常數的相關觀測和研究,科學家們認為在百萬秒差距(約326萬光年)之內的宇宙空間內,萬有引力對天體的運行狀態還是起到決定性的作用。
牛頓在發現萬有引力並對其數值給出計算公式之後,萬有引力這個概念極大地推動了人類對宇宙演化和運行規律認知水平的提高,也以此解決了一大批之前困擾人們的矛盾和問題,成為近現代科學界最為偉大的發現之一。從本質上來看,萬有引力屬於長程力,即它的作用範圍理論是無限的,這一點可以從計算公式:F=G*M*m/R^2看出,因為對於兩個有質量的物體來說,它們本身的質量是固定的,引力常數G的數值也是一個常量:6.67*10^(-11) N·m^2/kg^2),因此決定著這兩個物體之間引力大小的其實就是它們間的距離長短。
理論上來說,無論這兩個物體距離多遠,那麼都可以用上述公式計算出它們之間的引力大小,只不過,如果這兩個物體距離非常遙遠,那麼引力值就會變得非常微弱。而且宇宙空間中不可能只存在兩個天體,當這兩個天體距離非常遠,那麼其中的任何一方,都有可大的可能會受到臨近天體引力的影響,從而使得這兩個天體之間的引力佔據不了主導地位,所以即使質量再大的天體,其引力都有一個有效範圍,在這個有效範圍之內,這個天體的引力會對其它天體運動產生有效影響,出了這個範圍,則微弱的引力就起不到控制作用了。
為了從數據上解釋這種有效引力的範圍,19世紀中期美國科學家喬治.希爾提出了希爾球的概念,在一個恆星系中,每顆天體在其有效引力範圍之內所圍成的空間就是一個希爾球,在某一個希爾球的範圍內,其它天體則會受到該天體的有效引力作用。從兩顆天體的連線上看,其中每個天體所圍成希爾球的邊界,則是處於該天體的質心到達拉格朗日點的L1處,科學家們給出了一個天體希爾球半徑的計算公式:r=a*(m/3*M)^(1/3),其中m為需要計算希爾球半徑天體的質量,M為影響該天體運動的大質量天體的質量,a為需要計算希爾球半徑天體圍繞大質量天體公轉的半長軸長度。
通過上述公式,我們將地球和太陽的質量、以及地球公轉的半長軸長度數值代入,可以計算出地球的希爾球半徑約為150萬公裡,而月球與地球的平均距離為38萬公裡,可以看出月球處於地球的希爾球半徑之內。由於天體在宇宙空間中所受到的引力擾動非常常見,希爾球的半徑只是一個能夠控制其它天體運行最小距離的估測值,如果要確保其它天體所受到的引力成為絕對控制力,科學家們給出了目標天體與引力源天體之間的距離,最好處在引力源天體希爾球半徑的一半至1/3處,這樣才能基本上保障目標天體的運行穩定性,以此為標準,我們可以看出,月球正好符合這個標準,因此是絕對安全的。
希爾球是保障目標天體圍繞引力源天體穩定運行的安全距離,那麼在穩定運行與被引力捕獲或者撕碎之間仍然存在著一定的空間閾值,當目標星體運行到距離引力源天體非常近時,就有可能在引力的撕扯下發生崩解,這個極限距離天文學界也有一個概念,那就是洛希極限,它的產生主要是在非常近的距離之下,目標天體向著引力源天體的一端與遠離的一端,其產生的引力差足以影響目標天體的結構穩定性,當目標天體的強度不足以支撐這個引力差值時,目標天體就會因承受不住而分解。
而決定著星體洛希極限的因素,主要取決於兩個天體之間的密度,極限距離的數值,與大質量天體和小質量天體密度比值的立方根之間有著一下的正比關係,對於剛性天體來說,這個正比值為1.26倍的大質量天體半徑,而對於流性天體來說,正比值為2.44倍的大質量天體半徑,因此氣態行星的洛希極限值在同等狀態下被大質量天體撕碎的臨界距離值,要比剛性的固態行星大很多,更容易被引力所撕扯崩解。
經計算,作為同是巖質星體的地球和月球來說,它們之間的洛希極限值為9480公裡,如果月球與地球的距離靠近這個數值,則月球就會被地球的引力所撕碎。