月球會掉下來嗎？

2022年上映的某部科幻電影展現了月球在一股強大而又神秘的力量下，朝地球緩緩墜落。月球墜入地球有可能發生嗎？

首先，讓我們來看看行星與其衛星是如何互相影響的。在重力作用下，地球和月球相互吸引。根據牛頓的萬有引力公式，我們可以知道地球和月球之間的引力與兩者的質量成正比，且與兩者質心之間距離的平方成反比。

在計算地月引力時，G為萬有引力常數，M為地球的質量，m為月球的質量，r為兩者質心之間的距離。通過計算，可知地月之間的引力為1.894×1020牛（作為對照，一匹成年馬全力輸出的拉力約為1600牛）。

地月之間的引力如此巨大，為什么月球沒有被地球的引力拉向地球，和地球來一次激烈大碰撞呢？這是因為月球繞地球運行時產生的離心力阻止了月球墜入地球。事實上，月球不但不會離我們越來越近，反而以每年約4厘米的速度逐漸遠離地球。

地月系統的角動量守恒

事實上，月球自形成之初起就在不斷遠離地球。根據迄今掌握的相關證據，科學家反推出了月球形成的大概過程。

剛剛成形的月球和地球的距離比今天近得多，月球繞地球旋轉的周期也更短——只需要17天就能環繞地球一周。在地球的引力作用下，月球的自轉逐漸減速并最終停止，永遠以相同的一面朝向地球；相應地，在月球的引力影響下，地球的自轉速度也在緩慢降低。為了維持地月系統總體角動量守恒，月球便會逐漸遠離地球。

洛希極限是個什么極限？

法國數學家洛希曾經深深癡迷于觀測美麗的土星環。經過對土星環的長期觀測，他發現了一個奇怪之處：土星所有的衛星都位于土星環之外。一個念頭不經意地劃過他的腦海——土星環會不會曾經也是土星的衛星之一，只不過因為這顆衛星太靠近土星，而被土星的引力撕碎，形成環繞土星的環狀結構？

洛希在萬有引力公式的基礎上提出了潮汐力的概念。潮汐力是一種壓縮或拉長物體的假象力，是由物體不同區域所受的引力強度差異所形成的。

在距離土星較遠時，衛星自身的引力尚可以克服土星潮汐力的影響，保持自身的形狀。然而，這種狀況只是暫時的：隨著衛星逐漸墜入土星，土星對其的潮汐力影響越來越大，最終超過了衛星保持自身形狀的引力，于是衛星在潮汐力的作用下四分五裂。洛希極限就是行星對衛星的引力剛好等于衛星維持自身形狀所需引力時的距離，只要衛星越過洛希極限，它們就會被行星巨大的引力逐漸解體。

如果月球飛向地球

假如某種神秘力量讓月球環繞地球的速度提高，導致還沒等地球自轉一周（約24小時），月球就繞地球運行了一周，那么，根據角動量守恒定律，地球的自轉速度會因此逐漸加速，而且月球會逐漸靠近地球。

即便這種情況真的發生，月球也不會完完整整地撞上地球。某些因素決定了一旦月球離地球的距離小到一定程度，月球就會被地球的引力撕裂——仿佛地球周圍有一層看不見的保護罩一樣。

根據洛希極限公式可以計算出，當月球接近到距離地球9500千米時，地球對月球的引力就會超過月球保持自身形狀的引力，從而將月球逐漸撕裂。月球碎片將在地球引力作用下形成一個“地球環”。這些碎片會繼續環繞地球運行一段時間，最終以碎片的形式墜入大氣，就像隕石那樣。