小行星掠過地球距離多遠就會被引力拉下造成災難?

2020-12-06 時空通訊

近年來，有不少小行星掠過地球，有的距離地球才幾萬公裡，雖然有驚無險，但人們很擔憂，小行星撞擊地球到底要多近就會被地球引力捕獲，撞向地球，從而引發巨大災難呢？

其實這只是一種誤區。

小行星撞地球一般是沒有距離要求的。

因為即便它擦著地球過去，由於其速度很快，也不會被地球所吸引。

這個速度需要多快呢？根據萬有引力定律，科學家們得到了在地球上的三個宇宙速度，第一宇宙速度叫環繞速度，為7.9km/s，就是達到這個速度，人造天體或小天體就能夠與地球引力抗衡，既不被地球引力拉拽下來，也無法脫離引力而飛向深空，只能繞著地球轉；第二宇宙速度叫脫離速度，為11.2km/s，達到這個速度就可以脫離地球引力飛向別的行星；第三宇宙速度為逃逸速度，實際上是在地球這個位置逃出太陽引力的速度，為16.7km/s。

這三個宇宙速度都是從地表計算的，在距離地球表面不同高度，所對應的三個宇宙速度是不一樣的，越高所需的速度越小。而這幾個速度裡面最重要的是第二宇宙速度，這個速度實際上是地球的逃逸速度，也是每個天體的逃逸速度，只不過與速度應該與天體質量成正比，質量越大所需的逃逸速度越大。

其計算公式為：v=√（2GM/R）

這裡，v為逃逸速度，G為引力常量，M為天體質量，R為天體半徑或者距離天體質心距離。

根據這個公式計算，太陽表面的逃逸速度為617.7km/s。

只要速度達到了，太陽也無法抓住小行星。

2017年10月19日，科學家們發現了一個不速之客，研究認為這是一顆太陽系外流竄過來的小行星，長約400米，寬約40米，呈現出一根雪茄狀。這顆小行星被編號為C/2017 U1，暱稱奧陌陌（1I/Oumuamua）（見上圖）。

這顆小行星以每秒26km的速度從天琴座方向衝進太陽系，2017年9月9日達到了近日點，最後以每秒約40千米的速度向太陽系外飛去。可能有人要問，太陽的逃逸速度為617.7千米，這顆小行星怎麼沒有被太陽捕獲呢？

其實這裡有一個角速度守恆定律在起作用，也就是說隨著圍繞引力中心半徑的縮小，其角速度就會相應增加。這顆小行星在進入太陽系時每秒26km的速度，在那個距離是遠遠大於太陽逃逸速度的，隨著接近太陽被太陽引力拉拽，速度越來越快，當靠近太陽時，角速度守恆會使線速度大大提升，當到達近日點時速度依然會大於逃逸速度。

奧陌陌進入太陽系軌跡

奧陌陌距離太陽最近時為0.255個天文單位，已經在水星軌道內了，這時速度達到了87.71km/s，而在這個位置對應的太陽逃逸速度約為83.5km/s；到達地球軌道位置時，速度衰減到49.7km/s，依然是大於逃逸速度的。隨著距離太陽越來越遠，在太陽引力拉拽下，還會越來越慢，但其初速度一直是大於太陽逃逸速度的，因此它最終能夠飛出太陽系，飄向遠方。

太陽是太陽系的老大，質量佔有了整個太陽系的99.86%，地球質量只是太陽的33萬分之一。既然引力大小是由質量決定的，與質量成正比，太陽的引力都捕獲不了小行星，何況地球？

因此，撞上地球的小行星只有兩種情況。

一種是對準了地球，正好與地球相撞；二是小行星的速度不夠，進入地球引力圈被地球吸引掉下。

對準了地球包括擦進了地球大氣層。一般來說，小行星撞擊到地球大氣層有兩種情況：一種是像打水漂一樣的被彈了出去，這是角度很小的情況下會發生的；還有一種就是角度較大，鑽入了大氣層，在濃密大氣的阻力下很快減速並燃燒，最終撞擊在地球上。幾乎每天都有的流星、小隕星就是這樣來的。

小行星一旦被地球引力捕獲或者撞入地球大氣圈，很可能發生爆炸碎裂。這種碎裂也有兩種情況，一種是在大氣層劇烈摩擦高溫下炸裂，還有一種就是被地球引力潮汐撕碎。到達引力潮汐撕碎的距離叫洛希極限，其公式見下圖：

公式中d表示洛希極限，R為大天體半徑，pM為大天體密度，pm為小天體密度。

這是因為當兩個天體靠近時，引力會在星體不同部位產生不同的拉拽力，導致星體的變形，小天體受不了這種變形力的拉扯，就會被撕碎。土星環就是因為有一顆小行星或者衛星，進入了土星的洛希極限而被撕碎形成的。

一般來說，砸到地球的小行星很少有一個完整的。由於巨大衝擊力導致的高溫高壓，即便撞擊到地表的小行星碎片大部分也會被氣化掉。

因此，小行星撞擊地球主要不是被地球引力吸過來的，而是運行軌跡正好與地球交叉，專業術語叫做小行星測地線軌跡末端直接指向了地球，地球無法避開只有挨撞了。

現在人類應對小行星撞擊的能力還很薄弱，如真有小行星測地線軌跡指向了地球，必須能夠提前10年發現，才有可能通過核爆、引力拖曳、撞擊、太陽帆、火箭推動等方式改變其軌跡。但從近年掠過地球的小行星來看，都是不速之客，提前幾天甚至幾個小時才發現。如果是這種情況，或者即便很早發現但由於小行星體積質量太大，各種防範措施都無效，人類將完全無能為力，只能自祁多福坦然面對，等待末日到來。

就是這樣，歡迎討論，感謝閱讀。

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