把月球缩小成篮球大小,这得区分两种情况:
是等质量的压缩,还是等密度的缩小
如果是后者,那么本质上和月球爆炸了、月球消失了,没多大区别
压缩月球
我们知道,月球的质量为
月球的平均半径约为
可得月球的平均密度约为
篮球的直径我们算 25cm 的话,把月球等质量压缩,此时月球密度会变为:
而作为对比,密度最高的中子星,其密度也不过大约
中子星质量越大,反而会坍缩到越小
不过由于奥本海默极限的存在,中子星的质量与密度存在上限,超过这个质量,恒星就坍缩为黑洞了……
不知道哪位大神使用什么超能力,能把月球压缩到篮球大小,使得其密度比中子星最大密度高了 6 个数量级……
更关键的在于,祂居然能一定程度上修改物理规则,让这玩意儿能稳定存在……
再计算一下月球的史瓦西半径:
可得月球的史瓦西半径大约 0.1 毫米
看来这么压缩,还是不足以让月球变成黑洞
距离足够远时,一个球形天体的万有引力可以近似等效于位于其质心(基本上与几何中心重合)的质点,所以月球对地球引力效应不会有太大变化
地月系的轨道没有什么明显变化
某些依靠月亮作为夜间指明灯的生物作息可能会受到影响……
另外,此时你可千万别靠近变成篮球大小的月球
引力场强度公式为
你在距离“篮球”约 100 公里时,重力加速度就变成地球地表重力加速度的约 49 倍
就问你怕不怕?
再继续接近,可能真的会接近所谓的“意大利面化”了……
其实月球缩小的话,还有几个问题
角动量怎么变?角动量守恒吗?
角动能(转动动能)哪里来?(假设角动量守恒)
对于密度均匀的实心球体,其转动惯量为:
假设月球是密度均匀的
带入月球数据,可得其自转转动惯量约为
而角动量公式为
月球自转的角速度约为
可得月球自转的角动量约为
如果月球质量不变,被压缩到篮球大小,且角动量守恒
那么此时月球的角速度会变为惊人的
月球赤道线速度会变成惊人的亚光速
而角动能(转动动能)的公式为:
带入相关数据,可得月球原本的自转转动动能约为
而如果角动量守恒,新的自转转动动能会变成
高了整整 13 个数量级……
不知道是哪位尊神能向月球输送这么大的能量
以上的讨论均基于月球密度均匀的假设
实际上的话,月球密度是不均匀的,但表里密度差也没有大到离谱,因此以上的计算,数量级上没有错,算是一种估算……
爆破月球
科幻电影《流浪地球 2》中,那个爆破月球的想法很好玩。
当然,电影中的地球所有核武器,其当量加起来,也只够充当引线的。
我们看看真要爆破月球,需要多大能量
这里引入一个概念,即引力结合能
引力结合能是将松散物质通过引力作用相互聚拢的能量,其在量上等于将物体移动至无限远处所需的能量,或者物体从无限远处开始加速的过程中所释放的能量
对于一个密度均匀的球体,我们可以计算其引力结合能
令这个球体的半径为
,总质量为
,密度为
稍微用点定积分就能算出
具体计算过程就不贴了
带入月球数据,可得月球的引力结合能约
以人类生产出的最强氢弹沙皇来讲,其当量为 5000 万吨 TNT,所以一颗大伊万爆破总能量大约是
所以,爆破月球,需要消耗大约 5904 亿颗大伊万……
消失的月球
我说过,如果月球等密度变为篮球大小,和月球爆破、消失,也差不太多。
如果月球消失的话,地球上的潮汐现象会大幅度减弱。
当然,潮汐不会彻底消失,太阳对地球的万有引力仍然能导致潮汐。
还有就是缺乏月球引力的固定作用,地球的黄赤交角变化会更频繁,范围更大,章动更加明显。
地轴的进动可能也会变得不稳定,周期说不定也会变化。
当然黄赤交角是不会消失的……
另外,没了月球,地球自转速度虽然还是会降低,但降低会变得比原先缓慢很多。