天体如何划分势力范围和安全距离？

李德馨

太陽系的卫星存在卫星吗？

我们都知道地球有一个美丽的卫星，那就是月亮。月亮对于地球非常重要，它为地球阻挡住了各种小天体的撞击。而月亮的引力给地球带来的潮汐变化，对于促进了地球的内循环有着很大的意义。月亮像一个卫士一样的忠诚的守护着我们的地球家园，我们感激之余，不禁会发出疑问：月亮有守卫它自己的“卫士”吗？

答案是否定的，月亮没有属于自己的卫星。而且令人惊讶的是，太阳系目前已被发现的围绕八大行星转动的185颗卫星，没有一颗拥有自己的卫星。也就是说，太阳系内不存在“卫星的卫星”，这是为什么呢？实际上，这是由洛希球决定的。

洛希球，也被称为希尔球，是美国天文学家乔治·威廉·希尔在法国天文学家爱德华·洛希的工作的基础上定义的一个空间——一个天体的洛希球是以天体自身为中心的球形区域，在这个区域内的物体主要受到该天体的引力作用。每一个天体都有自己的洛希球，洛希球相互挤压，但是不会重叠，也就是说每一个天体的引力都有自己单独的势力范围。

我们知道卫星绕着行星转动依靠的是向心力，而向心力就是由引力提供的，所以一个小天体要想成为某一个大天体的卫星，那它必须位于那个大天体的洛希球内。所以我们考虑一个天体是否存在卫星，首先就要思考一下该天体的洛希球有多大。

天体的洛希球有多大？

我们怎么计算一个天体的洛希球的大小呢？如果一个天体（例如地球）质量是m，被它环绕的更大的天体（例如太阳）质量是M，轨道半长轴是a，离心率是e，那么这个天体（例如地球）的洛希球半径r的近似值为：r=a·（1-e）·。经计算，地球的洛希球半径为150万千米，所以地球很轻易的就捕获了距离其只有38万千米的月亮。而如果有某些因素使得月亮摆脱了地球的束缚，并进入太阳的洛希球的话，它就会和地球一样，直接围绕绕太阳转动了。

我们知道直接围绕太阳转动的天体分为三类：行星、矮行星、小行星。那为什么有些天体成为小行星，有些天体成为卫星了呢？其实这与天体所处的空间位置有关。如果这个天体位于行星附近，就不会成为围绕恒星的小行星。这是因为行星形成过程中，把它周围的小天体全部“收编”了，要不吸入怀中，要不就成了它的卫星。只有火星和木星轨道之间，有一个小行星带。据天文学家推测，那个位置由于离火星和木星的距离都比较远，火星和木星都鞭长莫及，但木星的引力对它们产生干扰，所以无法形成一个大一点的行星。另外一个小行星带（彗星带）在八大行星之外的太阳系边缘，即柯伊伯带。

有些人脑洞大开：宇宙飞船有洛希球吗？如果有的话宇航员就可以绕它旋转了。我们假设宇宙飞船有100吨，它在距离地球表面300千米的太空中绕地球飞行，计算得出它的洛希球的半径只有1.2米，比它自身尺寸小的多。有些同学会追着问，那人也会有洛希球吗？答案是肯定的，但人的洛希球也比人的自身尺寸小的多，所以你就不要期待会有一个小东西绕着你转了。与之类似的，科学家们经过计算发现，太阳系内的卫星的洛希球都不大，虽然不至于小于自身，但也没有能力捕获较远距离的天体，这是太阳系内不存在“卫星的卫星”的主要原因。

但是，如果流浪的小天体跑到大天体的洛希球内，小天体就会成为大天体的卫星吗？那得看看是什么情况了，如果距离合适且运动状态合理的话，小天体是有可能成为大天体的卫星的。但如果小天体是从远方高速呼啸而来，暂时“借路”穿过的话，大天体是很难挽留的，也许它还会担心这个小天体会不会迎面撞上自己。还有一种情况，那就是小天体如果离大天体太近，它会被大天体的潮汐力撕碎而摧毁，更不可能成为其卫星。这是为什么呢？这里得提到一个词——洛希极限。

和洛希球一样，洛希极限同样是以法国著名的天文学家爱德华·洛希的名字命名的。爱德华·洛希于1820年生于法国，卒于1883年。除了洛希球、洛希极限外，洛希还提出了洛希瓣、洛希模型等理论，对人类天文学的发展做出了非常重大的贡献。

洛希极限

2019年年初上映的国产科幻大片《流浪地球》，是一部非常优秀的有关星体碰撞的灾难片，它里面就有提到“洛希极限”这一词，细心的观众也许还有印象吧。那什么是洛希极限呢？洛希极限指的是两个天体之间安全距离的极限值，它通常是大的天体半径的2.44倍。如果两个天体之间的距离小于洛希极限，由于潮汐力的作用，小质量天体就会被大质量天体撕裂。

根据万有引力，两个物体的距离越小，它们之间的引力越大。而天体是立体的，由于距离和角度的不同，每个部位受到的引力是不一样大的。当两个天体的距离小于洛希极限的时候，小质量的天体各部位承受的引力差就会变得很大，最终整个小天体会被大天体撕裂成碎片。土星被誉为太阳系最漂亮的行星，有一层十分漂亮的光环在环绕着它，颇具神秘色彩。但其实这个光环就是由土星的潮汐力撕碎的小天体的碎片形成的，里面大概含有数十亿块小块的冰块和岩石。无法想象土星总共撕裂了多少个小天体，可见潮汐力是多么恐怖。

经过计算，地月之间的洛希极限是1.55万千米。如果月球与地球最近距离是1万千米时，它首尾之间的引力大小相差达80%，它就会被地球撕碎并且成为地球的光环了。这对人类也是灾难性的，因为引力具有双向性。如果地月过近，地球也会受到极强的潮汐力，虽不至于撕裂，但会导致地震、海啸等超强自然灾难的发生。

可见，行星之间的运行和人们驾驶汽车一样，保持安全的距离是很重要的。

引力曲线图