物理：在太空也要保持安全距離

Aki

電影《流浪地球》里，太陽即將毀滅，人類帶著地球在太空中流浪，尋找新的家園。可是，單靠行星發動機，這個過程艱難而緩慢。人類決定冒險借用“引力彈弓”效應，從木星那里偷點速度，把地球“甩”出太陽系。誰知木星引力突然增大，將地球拽離既定軌道，地球和木星之間的距離小于“洛希極限”，地球將面臨解體......

等等，“洛希極限”是什么？差點撕碎地球的神秘力量又到底來自哪里？

解體危機的幕后黑手

要想理解洛希極限，先得從慣性力說起。乘車時，我們常常可以感受到慣性力的存在，其實是因為車突然加速，產生了向前的加速度，車里的人還保持著原來的前進速度，如果以車廂為參照物，看起來好像有一股力量把人向后拉，這股力量就被稱為慣性力。

當地球靠近木星時，受到了來自木星的引力，地球會在這股力的作用下朝著木星加速運動，相當于一輛正在加速的汽車，而地球上的物體就像汽車上的乘客，既受到木星的引力，又受到和木星引力方向相反的慣性力。由于慣性力大小和距離無關，而引力近大遠小，因此地球上接近木星的一端所受引力更大，兩股力的合力指向木星，而地球上遠離木星的一端所受引力小，兩股力的合力背離木星。

這里提到的合力有它自己的名字——引潮力，又稱潮汐力，它的大小就等于木星引力和慣性力之間的差值。

潮汐力對我們來說并不陌生。如果你曾經去過海邊，就應該見過海水漲潮和退潮的景象。語文課本里出現的錢塘江大潮，就是潮汐力的杰作。

地球受到的潮汐力主要來自太陽和月球，因為月球距離地球更近，占據日月總潮汐力的三分之二。月球產生的潮汐力拉扯著地球，海水不斷重新分布，于是每天會出現兩次漲潮、退潮。除了最常見的海水潮汐，巖石圈每天也會起伏7～15厘米，叫作“固體潮”。

當一個天體接近另一個天體時，近端和遠端受到的引力大小不同，這種巨大的引力差形成了潮汐力。如果地球自身的引力足以抵抗這股潮汐力，地球就不會發生太劇烈的形變，地表的物體也依然可以停留在地面上。然而遇上木星這種質量遠遠超過地球的“重量級選手”，引力差距太懸殊，地球就難以保持自身的結構，從而面臨解體的危機。

嚴禁跨越的“三八線”

正面剛不過，我躲遠點還不行嗎。要想不被潮汐力撕碎，質量小的天體（地球）就得和質量大的天體（木星）保持一個安全距離。劃分這個安全距離的“三八線”，就是“洛希極限”。

洛希極限是由法國科學家愛德華·洛希提出的，指的是小質量天體接近大質量天體時，能夠維持自身結構不會解體的最小距離。一旦兩者距離小于洛希極限，較小的天體就可能被撕碎。這些碎片一般有兩種下場、一種是像土星環一樣，形成圍繞著大天體的一個環;另一種就比較慘烈了，可能會和大天體發生猛烈的撞擊。

最著名的就是1994年那場驚心動魄的“慧木相撞”。可憐的“蘇梅克-列維9號”彗星突破洛希極限，被木星的潮汐力撕裂成20多塊，最終撞擊在木星上，相當于在木星上投放了20億顆原子彈，撞擊產生的疤痕能裝下好幾個地球。

只要保持安全距離，小天體被撕碎的危機也就宣告解除，不過，在潮汐力的反復拉扯下，小天體也很容易被大天體“鎖定”。就像是被大天體抓住肩膀，無法隨意向后轉動，久而久之，小天體自轉和公轉的周期趨于一致，從而成了大天體的衛星，最典型的例子就是月球和地球。如果兩個天體質量差不多，也有可能相互鎖定，譬如冥王星和它曾經的衛星卡戎。

在希臘神話中，卡戎是冥王哈迪斯的船夫，負責擺渡死者的亡魂，兩人是合作緊密的神祇。而冥王星和卡戎也始終保持同一個方向遙望著對方，如同一對老友，在無垠的太空安靜相伴。

《流浪地球》力學分析

當地球在行星發動機的推力下，朝著一個方向運行，而木星的引力把地球拉向木星，地球承受的慣性力背離木星，加上地球自身還有引力，所有這些力的合力如果仍然朝向木星，地球就將面臨解體。如果它們之間的合力在木星大氣之外，地球將搭載這股力量的順風車，以更高的速度向前運行。

月球與地球的互相吸引

地球和月亮之間的互相吸引，影響最大的就是地球上的海水。水的流動性很強，在月球和地球的互相拉扯下，海水會向月球的方向隆起。其實不僅是海水，地球上的大氣和地殼都會受影響而產生變化，這種影響叫“大氣潮”和“固體潮”。同時地球也在對月球產生強大的拉力，月球會產生變形。因為互相引力的合力朝向地球，地球會讓月球朝向地球的一面隆起。月亮自轉時，會讓月球被拉扯變形的隆起背離地球而去。它自傳一圈會被地球拉扯一次，最終導致月亮自傳速度降到最低值，月亮被地球鎖死。

冥王星與卡戎的互相鎖定

和地月關系不同的是，冥王星和它的衛星卡戎質量相差不那么懸殊，距離也比較近，他們互相拉扯的時候，出現了奇怪的現象：他們彼此被對方的拉力牽扯，互相環繞，互相鎖死，同步運動。在冥王星上看卡戎，只能看到卡戎的固定面，而在卡戎上看冥王星，看到冥王星的面也是固定的。它們好像固定在一根竹竿兩端一起轉動的小球。它們之間只有19570公里，比地球和同步衛星的距離35786公里小得多。如果地月之間的距離和關系如此，大概人類早就想在地球和月亮之間搭一座橋了。