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月球与地球相距38万公里 那宇宙中天体之间最小安全距离是多少?

时间:2010-07-20

以上两个距离对于最大程度地保护人体健康和公共设施的安全具有重要意义

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一看到安全距离这个词,就会不由自主地想起我的专业中所涉及到的安全距离,那就是建设项目的环境影响评价中,对建设项目的布局起到决定性作用的卫生防护距离和安全防护距离,其中卫生防护距离是指在项目建设和运营过程中,其产生的无组织排放污染物距离周边居民区的最小距离;安全防护距离是指为了防范具有一定危险因素的生产装置或者车间,在生产过程中可能会引发的安全事故(比如爆炸、有毒有害物质泄露),对人体产生影响的最小允许距离。以上两个距离对于最大程度地保护人体健康和公共设施的安全具有重要意义。

我们所处的宇宙,是由恒星、行星、卫星、星际气体等组成的恒星系统为基本单元,然后众多恒星系统共同组成一个星系,星系上面还有星系团、星系群等更为宏大的天体结构,而维持着这些天体作规律性运动的主要驱动力则是万有引力,虽然通过现在的观测结果,在一定程度上证实了暗物质和暗能量的存在,它们以一种更为“隐蔽”的方式推动着宇宙空间的收缩和扩张,但是根据哈勃常数的相关观测和研究,科学家们认为在百万秒差距(约326万光年)之内的宇宙空间内,万有引力对天体的运行状态还是起到决定性的作用。

牛顿在发现万有引力并对其数值给出计算公式之后,万有引力这个概念极大地推动了人类对宇宙演化和运行规律认知水平的提高,也以此解决了一大批之前困扰人们的矛盾和问题,成为近现代科学界最为伟大的发现之一。从本质上来看,万有引力属于长程力,即它的作用范围理论是无限的,这一点可以从计算公式:F=G*M*m/R^2看出,因为对于两个有质量的物体来说,它们本身的质量是固定的,引力常数G的数值也是一个常量:6.67*10^(-11) N·m^2/kg^2),因此决定着这两个物体之间引力大小的其实就是它们间的距离长短。

理论上来说,无论这两个物体距离多远,那么都可以用上述公式计算出它们之间的引力大小,只不过,如果这两个物体距离非常遥远,那么引力值就会变得非常微弱。而且宇宙空间中不可能只存在两个天体,当这两个天体距离非常远,那么其中的任何一方,都有可大的可能会受到临近天体引力的影响,从而使得这两个天体之间的引力占据不了主导地位,所以即使质量再大的天体,其引力都有一个有效范围,在这个有效范围之内,这个天体的引力会对其它天体运动产生有效影响,出了这个范围,则微弱的引力就起不到控制作用了。

为了从数据上解释这种有效引力的范围,19世纪中期美国科学家乔治.希尔提出了希尔球的概念,在一个恒星系中,每颗天体在其有效引力范围之内所围成的空间就是一个希尔球,在某一个希尔球的范围内,其它天体则会受到该天体的有效引力作用。从两颗天体的连线上看,其中每个天体所围成希尔球的边界,则是处于该天体的质心到达拉格朗日点的L1处,科学家们给出了一个天体希尔球半径的计算公式:r=a*(m/3*M)^(1/3),其中m为需要计算希尔球半径天体的质量,M为影响该天体运动的大质量天体的质量,a为需要计算希尔球半径天体围绕大质量天体公转的半长轴长度。

通过上述公式,我们将地球和太阳的质量、以及地球公转的半长轴长度数值代入,可以计算出地球的希尔球半径约为150万公里,而月球与地球的平均距离为38万公里,可以看出月球处于地球的希尔球半径之内。由于天体在宇宙空间中所受到的引力扰动非常常见,希尔球的半径只是一个能够控制其它天体运行最小距离的估测值,如果要确保其它天体所受到的引力成为绝对控制力,科学家们给出了目标天体与引力源天体之间的距离,最好处在引力源天体希尔球半径的一半至1/3处,这样才能基本上保障目标天体的运行稳定性,以此为标准,我们可以看出,月球正好符合这个标准,因此是绝对安全的。

希尔球是保障目标天体围绕引力源天体稳定运行的安全距离,那么在稳定运行与被引力捕获或者撕碎之间仍然存在着一定的空间阈值,当目标星体运行到距离引力源天体非常近时,就有可能在引力的撕扯下发生崩解,这个极限距离天文学界也有一个概念,那就是洛希极限,它的产生主要是在非常近的距离之下,目标天体向着引力源天体的一端与远离的一端,其产生的引力差足以影响目标天体的结构稳定性,当目标天体的强度不足以支撑这个引力差值时,目标天体就会因承受不住而分解。

而决定着星体洛希极限的因素,主要取决于两个天体之间的密度,极限距离的数值,与大质量天体和小质量天体密度比值的立方根之间有着一下的正比关系,对于刚性天体来说,这个正比值为1.26倍的大质量天体半径,而对于流性天体来说,正比值为2.44倍的大质量天体半径,因此气态行星的洛希极限值在同等状态下被大质量天体撕碎的临界距离值,要比刚性的固态行星大很多,更容易被引力所撕扯崩解。

经计算,作为同是岩质星体的地球和月球来说,它们之间的洛希极限值为9480公里,如果月球与地球的距离靠近这个数值,则月球就会被地球的引力所撕碎。

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