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半人马α三星系统位置关系:半人马α-A星和B星组成双星系统,双星系统再与比邻星组成双星系统。大小按比例,距离未按比例 | 改变汉化自:文献[1]
在回家的航程中,我们看到了启航的第一个信号:夜空中出现了一个巨大的彗星,那是月球。人类带不走月球,就在月球上也安装了行星发动机,把它推离地球轨道,以免在地球加速时相撞。月球上行星发动机产生的巨大彗尾使大海笼罩在一片蓝光之中,群星看不见了。月球移动产生的引力潮汐使大海巨浪冲天,我们改乘飞机向南半球的家飞去。——刘慈欣《流浪地球·刹车时代》
2018-19年,两个天文团队[2,3]通过各自独立的动力学模拟,得到了相似的结论:在行星不太小(质量与海王星相当)、卫星不太远(200个行星半径内)的情况下,大部分卫星在行星被抛射出去的过程中,都能幸存下来,并且跟着母行星一起流浪。木星这类有多个卫星的行星,在大多数次模拟里都可以保留一部分卫星一起带走。母行星质量越大,卫星距行星越近,幸存率就越大,以木星和木卫一这样组合为例,卫星的幸存比例可能高达55%-85% 。
三台月球发动机的位置 | 《流浪地球2》预告片
1号发动机 |《流浪地球2》预告片
影片第二部分“月球坠落危机”,再次用上了《球1》里的“洛希极限”来搞事情。《球1》是地球接近木星时候的洛希极限,《球2》则是月球接近地球时候的洛希极限,两者是一回事么?为什么进入洛希极限的天体会被“撕碎”?这还要从“潮汐力”说起。
图中的红圈就是地球之于月球的“洛希极限” | 《流浪地球2》预告片
一个天体会被另一个天体“撕碎”,本质的原因在于天体并不是一个质点,也就是说,这个天体上各个地方受到的来自外界的引力大小和方向其实是不同的。
木卫一的椭圆轨道和距木星足够近的距离,让它成为太阳系中火山活动最活跃的卫星 | 维基
在简化情况下,天体受到的潮汐力大小主要和两个因素有关:一是提供引力的天体的质量,二是两个天体的距离。提供引力的天体质量越大,两者距离越近,被吸引的天体实际感受到的“引力综合效果”就越明显。
以地球和月球为例,随着月球不断靠近地球,地球引力就会越来越剧烈地揉捏拉伸月球,当这个距离小于某个临界值,剧烈的潮汐力就会把月球撕碎——这个临界距离就是月球的“洛希极限”。
随着小天体越来越靠近大天体,小天体逐渐被拉伸变形,进而分崩离析 | 维基/Theresa Knott
“洛希极限”这个概念由法国天文学家爱德华·洛希在1850年提出。对不同的天体,洛希极限都是不一样的,这不仅取决于潮汐力的大小,也取决于感受引力的天体自身的强度和疏松程度(通常用密度来代表)。提供引力的天体的质量越小,感受引力的天体自身越结实,后者就越不容易被潮汐力撕碎,对应的洛希极限距离就越小,所以月球飞近地球时的洛希极限,和地球飞近木星时的洛希极限,数值是完全不同的。
太阳系中最常见的“洛希极限”受害者是彗星。彗星密度很低,非常不结实,飞行的轨道又非常椭圆,有时候飞得离太阳很近,有时候又离太阳很远。这种小东西一不留神就会遇到太阳系里的巨无霸——木星,或者太阳,然后被无情撕碎。
1975年,著名的大彗星之一,威斯特彗星(Comet West)在靠近太阳的途中▼
1975年8月10日拍摄的威斯特彗星,此时彗星正处于亮度峰值 | J. Linder/ESO [5]
最有名的,可能当属舒梅克-列维9号彗星(详情:那个埋葬在月球上的男人,今天90岁生日)。1993年3月24日,舒梅克夫妇和大卫·列维一同在帕洛马山天文台观测到了木星周围一些奇怪的碎片。随后的轨道计算显示:这些碎片都是同一颗彗星被木星巨大的潮汐作用撕裂的碎片,将在1994年7月16日-24日之间陆续撞向木星。
哈勃望远镜于1994年5月17日拍摄的舒梅克-列文9号彗星的碎片,最大的一颗直径约有2千米。21块碎片像一串珍珠一样连成一线。两个月后,这些碎片依次撞向木星 | Hubblesite [6]
这次彗木相撞是全世界天文爱好者的一场盛会,也是无数孩子最早的天文启蒙。人类被撞击产生的巨大威力深深震撼:碎片中最大的一枚(编号为G,直径约2千米)在木星表面撞出了一个直径超过12000公里的“疤痕”,比地球还要大。
彗木撞击在当时的木星表面留下的褐色“疤痕”(红色箭头处) | NASA
电影中周老师给麦克看的“小白点”照片,是一艘真实的人类航天器——旅行者1号在1990年拍摄的地球照片。
《流浪地球2》预告片
旅行者号重要日期
这张著名的“暗淡蓝点”(Pale Blue Dot)就是这套太阳系全家福里的一张——在这么遥远的距离,地球实际只有0.12个像素那么大。
我知道已被忘却 流浪的航程太长太长
但那一时刻要叫我一声啊 当东方再次出现霞光 我知道已被忘却 启航的时代太远太远 但那一时刻要叫我一声啊 当人类又看到了蓝天 我知道已被忘却 太阳系的往事太久太久 但那一时刻要叫我一声啊 当鲜花重新挂上枝头
一个AI
计划2023年底发射的CSST中国巡天望远镜,到2065年还能正常工作,你们人类要对未来有信心呀!
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[1] Schoutetens, F., Dachwald, B., & Heiligers, J. Optimisation of photon-sail trajectories in the alpha-centauri system using evolutionary neurocontrol.
[2] Hong, Y. C., Raymond, S. N., Nicholson, P. D., & Lunine, J. I. (2018). Innocent Bystanders: Orbital Dynamics of Exomoons During Planet–Planet Scattering. The Astrophysical Journal, 852(2), 85.
[3] Rabago, I., & Steffen, J. H. (2019). Survivability of moon systems around ejected gas giants. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 489(2), 2323-2329.
[4] UNLV Study Explores Possible Life on the Moons of Rogue Planets https://www.unlv.edu/news/release/unlv-study-explores-possible-life-moons-rogue-planets
[5] https://www.eso.org/public/images/c-west-1976-ps/
[6] http://hubblesite.org/image/168/news_release/1994-26
[7] Solar System Portrait - 60 Frame Mosaic https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00451
关于作者
灰原哀博士(haibaraemily),从事行星科学研究,本公众号“行星事务所”(haibaraemily_planets)主页君。更多精彩,欢迎关注公众号~
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