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如果地球没有如《流浪地球》那样逃离,而是掉进了木星,人类会以怎样的形式死去?

图片:qimono / CC0

知乎用户,大地上,有我的足迹

《流浪地球》中,如果地球最终撞上木星,会对木星和地球造成什么影响?

《流浪地球》如果地球真撞上木星会发生什么?

电影《流浪地球》结局,若自救失败,撞入木星,会经历一个怎样的过程?



类似的问题有好几个,这是都想看大场面啊……

看了一些回答,大多存在几个错误的认知。包括搜索引擎上能搜到的几乎所有的相关的文章,都存在同样的错误——好吧网上那几篇水文基本都是抄来抄去。

1、“木星的潮汐力十分恐怖,会在撞击之前就把地球撕成碎片,像苏梅克-列维九号那样。”

错,地球是太阳系密度最大的行星,根正苗红的阿波罗三街扛把子,不是苏梅克-列维那个小菜鸡。正面刚远不是木星的对手这个得认,但说木星一个霸气侧漏地球就废了……这就有点瞧不起人了。

木星的引力十分巨大不假,但是在潮汐力的战场上,密度才是决胜项。一个典型的例子就是中子星可以从质量更大的红巨星身体里夺走物质,形成吸积盘。

木星的相对密度只有1.3,而地球,则是太阳系内密度最大的大型天体,木星的四倍多。木星-地球的刚体洛希极限只有0.8个木星半径,也就是说在撞击发生前,地球并不会解体。别说木星,就算换成带头大哥——太阳,也不可能在撞击发生前,仅靠引潮力撕碎地球

当然,地球其实也并不是理想的刚体,更接近一个弹塑性模型,引力作用、弹性形变和蠕变同时影响着地球的形态,固体潮大约比流体潮小一个数量级。所以从天体的尺度上,以刚体洛希极限来考虑是不影响结论的。

当然与整个地球相比,薄薄的地壳就显得很脆弱了。木星的潮汐力不足以让地球解体,但是足够近距离下固体潮引起的地质活动足以让地壳出现裂层。

2、在地球解体之前,木星的巨大引力会夺走海洋和大气。

错,木星引潮力确会极大改变水体和大气的分布,但在撞击发生前,大气和海洋不会离开地球。

不少同学理所当然地想:海水和大气都是流体,所以进入流体洛希极限,海洋和大气就会被夺走。

流体洛希极限不是这么用的。我们来定性地回顾一下流体洛希极限是怎么来的:

一颗流体星球,靠近引力源的一端(近端)受到引力较大,远离引力源的一端(远端)受到的引力较小。这个引力差会把流体行星拉长,于是近端受到的引力更加大、远端受到的引力更小,产生更大的引力差,把天体拉得更长,直到自身引力再也不能维持流体的聚集,被拉成碎片。这是一个正反馈的过程。

而对于地球,海洋和地球都是极薄的一层。在潮汐力的作用下,大气和海洋会聚集在靠近/远离木星的两端,正反馈过程就被打断了。此时,要夺走聚成两坨的海水和大气,仍然要接近到刚体洛希极限,战胜整个地球的引力。

这个过程其实可以解释得更简单一点:你水杯里的水也是流体,但并不会随潮起潮落升高下降,内陆湖水也不会有明显的潮汐。

当地球进入流体洛希半径的时候,木星的潮汐力可以让你扔到太空的一团水战胜水分子之间的万有引力(不考虑结冰和表面张力的问题)[注1],但是距离战胜地球的引力,还差得远。


倒是木星,完全可以看成一个流体星球。在木星抢夺地球大气之前,地球反过来会先抢走木星的大气。当然这对地球而言并不美妙……放在后面说。

3、木星是一个巨无霸行星,地球会灰飞烟灭,而木星不动如山。

错。地球灰飞烟灭不假,木星也一样伤筋动骨。别说地球,哪怕是水星,哪怕是月球,豁出去了正面拍脸,木星也一样不好消受。

我们知道,对于行星之间的撞击,撞击能量主要来自两颗星体之间的引力势能转化而来的动能,而引力势能正比于两颗星体质量的乘积。木星质量很大,固然更强壮,但是因此需要承受的打击也更猛烈。

在地球和木星发生撞击时,会携带超过10^34焦耳的动能大礼包……surprise~~

这个数值是什么概念呢?太阳的功率大约3.8*10^26W,相当于太阳十个月产生的总能量,在撞击的短时间内被释放出来,产生的高温高压甚至可能在撞击区域点燃氢核反应,放一颗太阳系形成以来最壮观的烟花。

这个寨版的超新星爆发,不仅仅对木星,对于整个太阳系都是一场刺激的体验。甚至足以改变太阳大气的形状,影响到太阳表面活动。(下边闹得太出格,老大哥脸上不好看啊)




当然……人类怕是看不到这一幕了……

在距离木星100倍木星半径的时候,木星引潮力引起数米高的潮汐。[注2]

在距离20倍木星半径的时候,地球上潮汐高度已经高达数百米,灾难开始降临,正对木星和背对木星的两条纬度带首当其冲。同时,一些地震会被诱导发生。

距离8倍木星半径的时候,木-地连线区域外大洋底已经裸露,地球上海水潮汐高度几乎不再增加。大气潮汐已经足以让地球上大部分地区气压下降到可以引起高原反应的程度。同时,板块中的应力释放殆尽,反而趋于稳定。板块相交区域火山活动持续活跃。

接近到地月距的时候,木星引潮力达到重力的千分之三,板块交界的部分地壳碎裂面积越来越大。

距离木星一个地球直径的时候,木星的引潮力达到地球重力的28%,地壳大量破碎。而地球的潮汐力已经足以夺取木星大气……或许换种说法更准确一些——木星大气开始对地球发起第一波打击。速度高达每秒六十公里的地球和木星大气发生撞击,这个速度远远大于声速,能量无法以声波的形式逸散掉,木星大气前赴后继地涌向地球,被不断压缩、升温、等离子化。

而地球,则在巨大的压强下变扁、破裂。(这里姑且认为“砘”的一头扎进去,而不是“piu”地擦着表面打水漂出去)

被高度压缩的气体分子逐渐有概率发生氢核聚变,在这场大爆炸中不断地加柴,一场无比剧烈的爆炸发生了,比太阳更灿烂的光爆发出来,随后是席卷一切的粒子流。

大量木星物质被爆炸吹散,形成一片巨大的气体云,这片气体云在太阳风和光压的作用下慢慢地改变形状,形成巨大而弯曲的“彗尾”。这条“彗尾”巨大的头部在远离太阳的方向,来自最初爆发抛散的物质,长长的尾巴逐渐稀薄,连接至缓缓冷却的木星。

木星的光环在爆发发生的一瞬间就崩溃消失了,79颗木星卫星被不同程度的削去一层,剩下的核心部分在气体云中逐渐失去角动量,沿螺旋轨迹先后坠入彗星,舍生忘死地在母行星身上持续补刀,喷发出更多的气体云,让距离较远的弟弟妹妹们更快地投入木星的怀抱。

木星在漫长的时间里渐渐地冷却下来,逃逸的气体越来越稀薄。巨大的气体云带渐渐脱离木星,飘向太阳系边界。

而地球,大部分物质在爆炸中气化,产生巨大的压强推动剩余部分远离爆炸核心,成为飞溅的铁镍或者硅酸盐液滴。这些液滴缓慢地冷却,一部分被加速到逃逸速度,永远离开太阳系;一部分成为太阳系中游荡的小行星;还有一部分没有逃离木星引力,抛落到远处。

木星的公转轨道和自转轴都发生了一定的变化,失去了一部分质量,温度显著升高,密度变得更小。

木星和火星之间的小行星带受到改变轨道后的木星引力影响,和一部分地球残骸一起,在太阳系内游荡。太阳系再次进入了一段重轰炸时期。

这场浩劫在太阳系内引起的连锁反应难以估量,太阳系内最大的行星轨道改变,爆炸产生的粒子风暴或多或少会改变其他行星的大气环境,庞大的气体云影响着外太阳系天体的运行,爆炸产生的强光一度压过太阳的光芒……

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以下是对于评论中一些质疑的统一回答:

[注1] 这一段从头到尾解释的都是引潮力和流体洛希极限的问题,而流体洛希极限半径的计算前提就是不计任何电磁相互作用的。这也是为什么特别强调不考虑结冰和表面张力——这些都是电磁力(范德华力、氢键等等)的宏观表现。这里用水举例子也是为了说明引潮力真的很小,只能跟水分子之间那点微弱的的万有引力有得比。

[注2] 有人认为此时海洋已经全部封冻成实心——这是高估了冰层的增长速度。在对流停止的情况下,仅靠热传导,冰层增长很慢。《流浪地球》逃逸时代 倒数第三段:“这时警报尖叫起来,木星产生的引力潮汐正在向内陆推进,后来得知,这次大潮百多米高的巨浪再次横扫了整个大陆。”

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