38 土星为什么有个游泳圈：洛希极限

土星周围有一个像呼啦圈的区域叫“土星环”。它是怎么形成的呢？这里的关键概念叫“洛希极限”，是法国天文学家爱德华·洛希首先提出的。

当一个小天体靠近一个大天体的时候，大天体作用在小天体上的潮汐力大于小天体自己对自己的引力，小天体就会被撕碎，并进入大天体的轨道，成为大天体的环当中的一部分。这就是为什么土星有个“呼啦圈”，这个呼啦圈里都是被撕碎的小天体和各种靠近土星的宇宙物质的“尸体”。

潮汐力，顾名思义，就是会引起潮汐现象的力。一个天体，你越靠近它，感受到它的引力就越大。地球上之所以会有潮汐现象，就是因为月球作用在地球上的引力，在靠近月球的那一面比远离月球的那一面更大，所以地球上的海水，有向两端“拎”起来的趋势。同样地，对于任何一个天体，一旦有物体靠近它，天体作用在这个天体上的引力差所产生的向上“拎”的趋势，超过了这个物体对自身的引力大小时，这个物体就会开始分崩离析。这个开始分崩离析的距离，就叫作这个天体的洛希极限。

可以用一个简单模型来帮助理解：两个质量相同的小球a和b，质量是m，它们被一根绳子连接在一起，有两个力F1和F2分别作用在a和b上，方向都是向左，大小是F1大于F2，但是由于被绳子绑住，所以a和b作为一个整体的加速度是一样的，由此可以算出绳子里的张力T。因为两个小球的加速度一样，所以（F1-T）/m = （T-F2）/m，可以解出来T=（F1+F2）/2。当T这个绳子的张力超过绳子能够承受的极限时，绳子就断了，洛希极限跟这个模型基本类似。

靠近大天体的小天体，用来稳定住自己不散架的力，就是小天体对自身的引力，当潮汐力太大，大于自身引力时，小天体就会被撕碎，变成土星环里的一分子。

因为洛希极限的存在，在进行外星探索的时候，飞行器的材料强度变得非常重要。如果材料的强度不够高的话，在靠近一个大质量天体的时候，就会有散架的风险。