木星的引力真的會讓小行星遠離地球嗎?
豬星人的飛船來到了太陽系,打算對地球進行近距離考察。在截獲了來自地球的電視信號後,飛船上的三隻小豬得知地球上生存這一種名叫大灰狼的邪惡生物,專門以小豬為食。於是,它們取消了登陸地球的計劃,改為在木星軌道外使用望遠鏡進行遠距離觀察。
考察結束後,大豬在日誌中寫道:「這是一顆可悲的星球。它上面原生的智慧生命都已經滅絕了,現在只能看到他們創造的各種機器生命。有的長有四個輪子,在陸地上飛奔;有的生有雙翼,在大氣層中飛行;還有的體型龐大,只能漂浮在水面上。」
寫完後,大豬心想:「我們千里迢迢地走了一遭,何不留下一個到此一游的紀念。」看著地球大氣層中翻騰的雲層,大豬詩興大發,揮毫潑墨,寫下一首歪詩:「悄悄的我走了,正如我悄悄的來;我揮一揮前蹄,不帶走一片雲彩。」
然後,大豬把紙條放進一個金屬球中,計算好軌道和速度,把金屬球向地球扔去。
然而,當金屬球進入木星軌道時,卻受到木星引力的影響,偏離了預定的軌道,與地球擦身而過。
「莫非我算錯了?」大豬納悶道。它重新算了一次,然後扔出第二個金屬球。這次,金屬球依然在木星軌道附近改變了方向,沒有命中地球。
三豬看的直搖頭:「哪有這麼簡單?你得把木星的運行參數和引力考慮進去。」
二豬附和說:「大哥,三弟說的對。」
大豬為難地說:「這個有點難。你看,我們的飛船、木星、地球都在動,不好算啊。你知道我的物理是體育老師教的......」
看著兩個弟弟鄙視的目光,大豬連忙轉換話題:「看起來,這木星可以阻擋很多隕石和彗星對地球的轟擊,算得上是地球生物圈的一面盾牌了。」
三豬卻不同意:「那倒也未必。本來直奔地球而去的彗星可能會被木星偏轉而偏離目標,但是本來目標不是地球的彗星也可能會被木星偏轉而飛向地球。你看我做一個。」
三豬重新計算了軌道參數,扔出一個金屬球。開始時金屬球並不直接飛向地球,但是經過木星引力的偏轉,金屬球改變了方向,徑直向地球奔去。
二豬看呆了,連忙說:「三弟真厲害。」
三豬沒有理會,接著說:「所以呢,木星其實是一把雙刃劍。綜合起來看,木星到底是地球的保護傘還是破壞者,還很難說呢。我們來做一個計算機模擬吧。」
二豬說:「有道理。快動手吧。」
三豬在計算機中建立了太陽系模型,輸入了太陽和主要行星的數據。
三豬解釋說:「太陽系中的彗星主要來自兩個地方。一個是海王星外的柯依柏帶,一個是一光年以外的奧爾特雲。這兩個地方都有大量的冰塊。如果冰塊互相碰撞或受到引力干擾,就可能進入內太陽系,形成彗星。彗星軌道的偏心率非常高,它們的軌道會和大行星的軌道交叉,所以撞擊事件時有發生。
圖片來自Asteroid Belt vs. Kuiper Belt vs. Oort Cloud
「但是,來自這兩個地方的彗星性質相差很大。」三豬接著說,「柯依柏帶就在太陽系平面內,所以來自柯依柏帶的彗星基本上就在太陽系平面上運行,它們的周期一般在20年以內。而奧爾特雲像一個蛋殼一樣包裹著太陽系,所以來自奧爾特雲的的彗星卻可以從任何方向闖入內太陽系。而且它們的周期很長,有的在200年以上。我們先在柯依柏帶上放一百萬個冰球吧。」
等了半天,三豬完成了對柯依柏帶的模擬。
「現在該奧爾特雲了。我估計至少要一億顆冰球才能達到效果。」三豬準備動手了。
「等等,不用這麼認真吧?我們還要去看半人馬座的三體星人呢。」大豬不耐煩了。
「三弟,大哥說得對。咱得麻利點。」二豬附和說。
看到兩個哥哥都反對,三豬也就打消了設置奧爾特雲的念頭:「好吧。我們啟動兩個模擬程序,一個是有木星的太陽系,另一個沒有木星。」
計算機模擬了兩個太陽系在一億年內的運行。很快,結果出來了:在有木星的太陽系中,地球遭受的彗星撞擊增加了30%。
「看來這個木星並不是什麼好東西啊。」大豬感嘆道。
「就是。」二豬也同意。
「那倒也不一定。我們的模擬實驗沒有包括奧爾特雲,所以不能代表真正的太陽系。說不定木星對來自奧爾特雲的彗星作用完全不一樣呢。不過,誰在乎這個,我們去下一站吧。」
於是,三隻小豬唱著「誰會害怕大灰狼」,調轉船頭,向半人馬座方向駛去。
----------------------------------
註:
- 木星保護地球的設想出現於20世紀40年代,近年來開始受到質疑。
- 文中提到的計算機模擬是由英國公開大學的天文學家 Jonathan Horner 完成的。反對者認為模擬結果並不能說明木星的真正作用,因為它沒有包括奧爾特雲的彗星。
- 研究人員計劃運行改進的模擬,以包括來自包括奧爾特雲的彗星。
以下都是推想:
如果沒有木星,1000個以隨機方向進入太陽系的小行星,地球被撞擊的概率,是x;有木星,則為y;
單純考慮木星對小行星軌道的影響的話,因為隨機+確定=隨機,隨機方向的小行星被確定的木星引力影響後的方向依然是隨機的(就結果而言)。並且木星的引力並不是一個約束,它不會縮小最終結果的範圍,因為引力場是點對稱的,相對於木星這個參考系,一顆小行星的入射和出射角度,取值範圍是完全一樣的。
所以x=y。
但是問題在於,這沒有考慮那些被木星引力撕碎,或者乾脆掉入木星的小行星。眾所周知,破裂後的小行星比一個完整的相同質量的小行星危害小,因為前者甚至都無法到達地面就在大氣層中燒光了。題外話,即使前者全部到達地面,總體危害也比後者小(一整塊小行星破壞力大,還是它被炸成10多塊碎片破壞力大? - 知乎)。
而撞入木星乾脆從基數中剔除掉了一部分——雖然只是很小的一部分。
所以我認為x應該是大於y的。
按照質量壓縮空間和時間產生引力的邏輯,質量越大壓縮的空間時間越大,引力越大,太陽系所有的行星繞著太陽轉,所有的行星都在旋轉著緩慢著逼近太陽,但速度會越來越快,就像水進入漏斗一樣,並最終合併碰撞。木星比地球體積質量大,所以引力要大很多,可能會。
是會的
蘇梅克-列維9號彗星就撞上了木星
要不是木星的強大引力把他吸引去否則它會繼續在太陽系裡遊盪,不排除會撞上地球
木星將它瓦解後裂成了20多塊,在木星上連續撞擊了130小時,相當於20億顆原子彈,或40萬億噸TNT的能量
推薦閱讀:
※毫秒脈衝星吸收足夠的伴星物質會像 Ⅰa 型超新星一樣爆發嗎?
※為什麼霍金沒有獲得諾貝爾獎?
※為什麼吸積盤可以使物質轉換出如此大的能量?僅僅因為摩擦生熱?
※形成太陽系的超新星殘骸哪裡去了?
※如何理解霍金提出的」虛時間「這個概念?