月球會掉下來嗎？

2022年上映的某部科幻電影展現(xiàn)了月球在一股強(qiáng)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(fā)生嗎？

首先，讓我們來看看行星與其衛(wèi)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(jù)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(zhì)量成正比，且與兩者質(zhì)心之間距離的平方成反比。

在計(jì)算地月引力時(shí)，G為萬有引力常數(shù)，M為地球的質(zhì)量，m為月球的質(zhì)量，r為兩者質(zhì)心之間的距離。通過計(jì)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?yàn)樵虑蚶@地球運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的離心力阻止了月球墜入地球。事實(shí)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(yuǎn)離地球。

地月系統(tǒng)的角動量守恒

事實(shí)上，月球自形成之初起就在不斷遠(yuǎn)離地球。根據(jù)迄今掌握的相關(guān)證據(jù)，科學(xué)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(zhuǎn)的周期也更短——只需要17天就能環(huán)繞地球一周。在地球的引力作用下，月球的自轉(zhuǎn)逐漸減速并最終停止，永遠(yuǎn)以相同的一面朝向地球；相應(yīng)地，在月球的引力影響下，地球的自轉(zhuǎn)速度也在緩慢降低。為了維持地月系統(tǒng)總體角動量守恒，月球便會逐漸遠(yuǎn)離地球。

洛希極限是個(gè)什么極限？

法國數(shù)學(xué)家洛希曾經(jīng)深深癡迷于觀測美麗的土星環(huán)。經(jīng)過對土星環(huán)的長期觀測，他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪之處：土星所有的衛(wèi)星都位于土星環(huán)之外。一個(gè)念頭不經(jīng)意地劃過他的腦?！列黔h(huán)會不會曾經(jīng)也是土星的衛(wèi)星之一，只不過因?yàn)檫@顆衛(wèi)星太靠近土星，而被土星的引力撕碎，形成環(huán)繞土星的環(huán)狀結(jié)構(gòu)？

洛希在萬有引力公式的基礎(chǔ)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(qū)域所受的引力強(qiáng)度差異所形成的。

在距離土星較遠(yuǎn)時(shí)，衛(wèi)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(shí)的：隨著衛(wèi)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(wèi)星保持自身形狀的引力，于是衛(wèi)星在潮汐力的作用下四分五裂。洛希極限就是行星對衛(wèi)星的引力剛好等于衛(wèi)星維持自身形狀所需引力時(shí)的距離，只要衛(wèi)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(huán)繞地球的速度提高，導(dǎo)致還沒等地球自轉(zhuǎn)一周（約24小時(shí)），月球就繞地球運(yùn)行了一周，那么，根據(jù)角動量守恒定律，地球的自轉(zhuǎn)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(fā)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(hù)罩一樣。

根據(jù)洛希極限公式可以計(jì)算出，當(dāng)月球接近到距離地球9500千米時(shí)，地球?qū)υ虑虻囊蜁^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(gè)“地球環(huán)”。這些碎片會繼續(xù)環(huán)繞地球運(yùn)行一段時(shí)間，最終以碎片的形式墜入大氣，就像隕石那樣。