最近《流浪地球》上映後口碑持續發酵,影片中,地球為了脫離太陽系必須達到第三宇宙速度,為了儘快實現這一目的就要藉助木星做引力彈弓加速。但是在靠近木星時地球因為其潮汐力影響,發生重大地質變動引發地震和火山噴發,進而行星推進器熄火,導致地球在做引力彈弓時同木星太近,如果距離小於洛希極限,就會遭遇解體。
裡面的洛希極限和引力彈弓聽起來是不是很高端、大氣、上檔次,可是聽不懂呀!
沒事,下面三張動圖讓您瞬間變身科學達人。
拉格朗日點
理想狀態下,兩個同軌道物體以相同的周期旋轉,兩個天體的萬有引力在拉格朗日點平衡,使得第三個物體與前兩個物體相對靜止。
平面三體問題中的五個特解點,在質量可以相對忽略不計的情況下,可以在該點放入一個新的物體,三者保持相對位置不變。123由歐拉算出,45由拉格朗日算出
洛希極限
洛希極限(Roche limit)是一個天體對自身的引力與第二個天體對它造成的潮汐力相等時兩個天體的距離。當兩個天體的距離少於洛希極限,天體就會傾向碎散,繼而成為第二個天體的環。
距離太近時,重天體對輕天體的潮汐力超過輕天體hold住自身的引力時,輕天體就會被撕裂。地球、月球這種鬆軟的流體就會遭重。而如果是硬質石球甚至是鐵球這些比較硬的則免疫這種問題,最終變成流星或者隕石。
圖中是假設地球突然變大一倍後月球的情況,可以看到月球先是受到潮汐力影響變成橢圓,進入洛希極限後逐漸分解,需要注意的是該圖並不準確,月球分裂後的小塊應該還是圍繞地球旋轉的才對。
引力彈弓
學名叫重力助推,Gravity Assist,也被稱為重力彈弓效應或繞行星變軌。
可用於加速或者減速,這裡只討論介紹加速的情況。
氫氣的燃爆要求體積比例在4.0%~75.6%,電影中,木星的大氣(主要是氫氣)被地球的潮汐力吸引(較小),地球的大氣(包含氧氣)被木星的潮汐力(較大)吸引。既而在木星和地球間的位置形成了可供點燃的混合氣體帶。
然而該區域距離地球太遠,行星發動機的火焰無法觸及(所以成功機率是0),只有在空間站爆炸後,其燃燒的殘骸裹挾著三十萬噸燃料被木星潮汐力吸過去後,才能達到。點燃後,爆炸的衝擊波通過氣體連接帶這一介質將能量傳播了木星和地球,成功改變了地球的軌道,使其脫離了危險。
簡單的說就是在動量守恆的情況下,地球利用引力偷走了木星的動量,不過木星夠大,所以就沒什麼影響。