问题

一个有大气的星球,如果另一个质量很大的物体靠的很近,那这个星球大气会被另个物体捕获吗?

回答
你说的情况,简单来说,是很有可能发生,而且一旦发生,后果会相当惊人。我们来详细聊聊这个过程,尽量不让它听起来像教科书上的讲解。

首先,咱们得明确一个基础:万有引力。宇宙万物之间,只要有质量,就都有引力。这个引力的大小,和物体的质量以及它们之间的距离有关。质量越大,引力越强;距离越近,引力也越强。

现在,我们设想一下,有一个拥有大气层的星球,就好像我们地球一样。这个星球的大气层,虽然看起来轻飘飘的,但其实是由无数的气体分子组成的,它们被星球本身的引力牢牢地束缚在星球周围。就好比一个大磁铁,周围吸附着无数细小的铁屑,这些铁屑虽然各自都在运动,但整体上还是围绕着磁铁转。

当一个质量“很大”的物体——咱们就称它为“捕获者”——接近这个星球时,情况就开始变得有趣了。这个捕获者,由于质量巨大,它自身产生的引力也会非常强大。

一开始,捕获者只是在远处“路过”,它的引力会对星球的大气层产生一定的“扰动”。就好比你轻轻推了一下桌子的一角,桌子上的东西会晃动,但不会掉下来。星球的大气层中的气体分子,它们的运动速度和方向会受到捕获者引力的轻微影响,但星球自身的引力仍然是主导。

但问题是,你说了“靠得很近”。这就关键了。当捕获者越来越靠近星球时,它的引力对星球大气的“影响”会急剧增强。你可以想象一下,就像你慢慢靠近一个正在旋转的陀螺,一开始你只是看着它转,但一旦你把手指伸进去,或者用东西去拨弄它,它的旋转就会变得更加混乱,甚至会被你带偏。

捕获者的强大引力,就像是一只巨手,开始从星球的引力束缚中“抢夺”大气层的气体分子。具体来说,会发生以下几个阶段:

1. 潮汐力的作用: 这是最先开始发生的事情。因为捕获者离星球不同区域的距离是不一样的(靠近捕获者的一侧距离近,远离捕获者的一侧距离远),它对星球大气的引力大小也会有差异。这种引力差,我们称之为“潮汐力”。潮汐力会把星球大气拉扯,导致大气层在靠近捕获者的一侧被“拉长”,在远离捕获者的一侧被“压缩”。如果捕获者足够近,这种拉扯力甚至可能强大到让星球本身变形,更不用说它的大气了。

2. 逃逸和吸积的平衡打破: 原本,星球大气中的气体分子虽然在运动,但大部分的能量(速度)不足以克服星球的引力逃逸到太空中。但现在,捕获者强大的引力介入了。它会“加速”那些原本就运动得比较快的分子,或者直接将它们“抓取”过来。你可以想象成,一股巨大的力量在把大气层里的分子往外拽。

3. 物质转移: 随着捕获者越来越近,它的引力优势会越来越明显。当捕获者的引力强度足以压倒星球自身的引力时,一部分大气分子就会被直接从星球上“剥离”出来,然后开始沿着捕获者提供的引力轨道,向捕获者运动。这个过程就像是一条河的水流,突然被另一个更大的水池截断,然后被吸引过去。

更戏剧化一点说,当捕获者足够近时,它甚至可能形成一个“引力井”,将星球大气层的一部分“吸”入其中,形成一个围绕捕获者旋转的“吸积盘”——这和黑洞吞噬物质时形成的盘状结构有点类似,只是这里的物质是大气的气体分子。

4. 捕获的程度: 捕获的程度取决于几个关键因素:
捕获者的质量和密度: 质量越大,引力越强,捕获能力越强。密度大也意味着质量集中,更容易产生强大的局部引力。
距离: 这是最重要的因素。越近,捕获越容易,程度也越高。
星球大气的密度和组成: 越稀薄、越轻的气体(比如氢、氦)越容易被捕获。
星球自身的质量和引力: 如果星球质量很小,大气层本就不牢固,就更容易被剥离。
相对速度和轨道: 如果它们只是短暂地靠近,捕获的量可能有限。但如果捕获者围绕星球运行,或者两者有很强的引力束缚关系,那么捕获就会持续进行。

最终的结果:

如果捕获者足够强大,并且靠得足够近,它完全有可能捕获星球的大部分,甚至全部大气层。这些被捕获的大气,会围绕着捕获者运行,或者直接落入捕获者之中。对于原本的星球来说,这意味着它的大气层被“夺走”了,变成了一个没有大气的、裸露的岩石或冰冻星球。这就像是行星剥离了它的“外衣”。

这种现象在宇宙中并非不可能。例如,一些恒星在死亡过程中,可能会膨胀成红巨星,吞噬掉内侧的行星。或者,两个质量巨大的天体在相互绕转时,其中一个可能通过引力作用剥离另一个的物质。甚至,在行星形成初期,如果一个较大的年轻行星靠近另一个气体巨星,它的大气层也很容易被掠夺。

所以,是的,一个拥有大气的星球,当另一个质量巨大的物体靠得很近时,大气层很有可能被捕获。这个过程是由引力主导的,越是靠近,这种捕获的可能性和程度就越大,最终可能导致星球失去它的全部大气。这是一个非常壮观且具有毁灭性的宇宙现象。

网友意见

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谢邀。

如果靠近地球的行星质量足够大的话,你确实会看到空气卷起飓风,扑向逼近的行星。地球上的水也会汇成滔天巨浪,腾空而起。甚至地面的岩石,汽车,建筑物和人都会白日飞升,不过目的地并不是天堂,而是世界毁灭的末日。

图片来自youtube.com/watch?

但是电影《变形金刚》中的赛博坦应该做不到这一点。从电影中的场景来看,赛博坦的半径大约是月球的两倍,和地球相差很远。而且这颗行星具有松散的蜂窝状结构,大部分是空的,所以密度应该很小。即使它全是由金属构成,质量也远远无法和地球相比。

图片来自youtube.com/watch?

假设有一颗密度和地球一样,体积是地球两倍的行星(就叫它地球2.0吧)缓缓逼近了地球。在距离足够近的时候,你就会看到本文开头描述的鸡犬升天的末日场景了。

你也许会认为造成这种奇观的原因是地球2.0引力比地球大,所以夺走了地球上的物质。这种想法过于简单化了。它无法解释这个奇观的另一部分:在地球的另一端,物体也在腾空而起,飞向空无一物的太空。那么,是什么天体的引力在吸引它们呢?

其实,在地球2.0吸引地球的时候,地球也在吸引地球2.0。它们都向两颗行星的共同质心奔去。

熟悉万有引力定律的读者应该知道,引力是随着距离衰减的。所以,地球上不同位置受到地球2.0的引力不一样大。距离地球2.0越近的位置引力越大(如下图所示)。这个引力差就是传说中的潮汐力。


在上图中,猫A、猫B和地球都在向两颗行星的共同质心加速运动,但是,由于它们受到的引力不一样大,产生的加速度也不一样。站在地球上的你把地球这个正在加速运动的物体作为参照系,认为地球是静止的。那么,你同样也会认为猫A在向地球2.0加速运动,而猫B在朝相反的方向飘向虚空。

可见,潮汐力并不是一种真正的力。它只是你把地球这个加速运动的物体作为参照系,观察到的一种虚拟的力。在这一点上,潮汐力和科里奥利力是一样的。

然而,地球觉得猫是一种很萌的动物,就这样离自己而去未免太可惜。于是,它试图用自己的引力挽留住猫。这样,地球的引力和潮汐力开始了拔河。当地球2.0距离地球足够近的时候,潮汐力就会大于地球的引力,夺走地球的宠物。

还有一点不能忘记的是,当两颗行星距离很近的时候,地球本身也会由于潮汐力的作用发生变形,然后分裂成无数碎片。这时候,两颗行星表面距离大约2000公里。

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