给你看张xkcd做的太阳系势能剖面图你就知道了。xkcd: Gravity Wells
简单的说,每个行星都有自己的引力势阱。如果一个小行星进入行星势阱,但因为机缘巧合速度下降导致没有足够速度逃离,就很容易被该行星俘获。如上图所示,木星(Jupiter)的势阱又大又深,就好像一个富豪又年轻又有钱脾气还好,结果绝大多数小天体都被他俘获了。少数天体甚至直接投怀送抱,比如1994年,苏梅克-列维9号彗星就和木星“幸福”地合体了。
我们可以等效算一下爬出这个势阱相当于在地球上,假设重力加速度不变的条件下爬多高的山
对于地球,可以算出逃离引力势阱的等效山高为:h=6,393公里,考虑地月系影响是6 379 公里。
而对于木星,等效山高是18万公里(太阳是1943万公里),很明显,落入木星的天体更难逃离引力束缚。
虽然木星,土星公转周期分别为12,30年。但是一个太阳系外层天体从遥远的地方落入太阳系并落入接近地球轨道的地方,一般也要花费十几到几十几百年的时间。这其中经过木星,土星引力影响范围时间很长。大量的短周期彗星和外天体都会被木星,土星影响和俘获。剩下的少量长周期彗星经过内部行星轨道的频率很低,不足为惧。
比如哈雷彗星,在1986年2月9日经过近日点,但是只用了一个月(3月17号)就离开了地球轨道(考虑到哈雷轨道和黄道面有18度倾角,这里的指的是哈雷轨道在黄道面投影和地球轨道相交点)。而在1987到1990四年的时间经过木星和土星轨道。换句话说,哈雷彗星的大部分时间都花在木星和木星之外的轨道上。被木星和土星等大行星影响是非常正常的事情。
所以,木星,土星等大行星确实是地球等小行星的屏障。有研究指出,木星发生彗星撞击的概率是地球的2,000至8,000倍。http://iopscience.iop.org/article/10.1086/300206/pdf。大量的小天体被木星和土星影响,和它们合并,环绕,甚至成环,对地球来说相当于是避免了无数比子弹速度快几十倍的小天体攻击,虽然使得地球少了很多流星,但是也保护了脆弱的地球生态和无数的生命。
原来腾讯天文早有相关图片了~
不到30年被撞6次 木星表示胖不是我的错
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确实如其他人所说,最近学界也有意见认为木星可能也导致了对小行星的干扰,从而可能对地球造成影响。,有越来越多的人开始反思和检验这些作用。虽然木星确实被挡住了很多可能攻击地球的小行星和彗星。但是,不管怎么说,木星的存在会使得很多小行星轨道变得不稳定。最近的这篇文章旗帜鲜明的认为木星自带招黑体质反而增大了地球被撞击的风险。
Jupiter: friend or foe? An answer
其理由是,在2007年,他们模拟了一个有木星的太阳系和一个没有木星的太阳系,在柯伊伯带有100万个小天体。结果木星的扰动使得更多的小天体落入太阳系,结果地球被撞的几率反而高出30%。他们之后的文章仍然坚持这个结论,并认为木星虽然对奥尔特云里面的长周期彗星引起的攻击是起保护作用的,但是现在长周期彗星已经很少了,主要的碰撞因素还是短周期彗星。
然而,认为木星是保护星的观点仍然是目前主流观点。毕竟,模拟也很难说完全反映现实。而且他们的文章是基于今天的现实阐述,而没有考虑过去。木星在过去几十亿年里面一直孜孜不断的“吞并”其他小天体,总体来说还是清空了更多的威胁。
其实做为行星,其形成就来源于一开始吸积附近的轨道的所有小天体和气体,积攒质量。因而,星体合并是非常正常的现象。客观来说,如果不是过去那场毁灭恐龙的灾难,哺乳动物恐怕今天还是被爬行动物压制着,就没有我们今天的事情了。而今天随着我们技术的发达,可能的小行星撞击损失看上去是可以被现在的技术瓦解和避免的。
考虑木星被撞的次数远比地球要多。我还是倾向于木星是保护星的说法,但是这种“保护”是“英雄救美”和“雇一批混混来演一出英雄救美”,还有待未来更多的数据和事实检验~