地月距离达到多大，月球可以变成太阳的一颗行星？
2024-11-19 阅读 115
更新于 2024年11月21日
答案是：地月距离达到 1,471,000 km时，月球可以变成太阳的一颗行星，而不再绕地球公转。
为什么呢？因为这就是日地系统的Hill球面的半径。
先回答第一个问题，为什么月球围绕地球公转，而不是围绕太阳呢？
我们可以通过万有引力公式来计算地球、月球和太阳之间的引力加速度就知道了。
万有引力的公式，大家都很熟悉， g = G \frac{m1 \cdot m2}{r^2} g = G \frac{m1 \cdot m2}{r^2}
已知太阳的质量是 1.989 \times 10^{30} \ kg1.989 \times 10^{30} \ kg ，月球的质量 7.3476 \times 10^{22} \ kg7.3476 \times 10^{22} \ kg ，地球的质量是 5.97 \times 10^{24} \ kg5.97 \times 10^{24} \ kg，
太阳与地球之间的距离是 1.496 \times 10^8 \ km1.496 \times 10^8 \ km，地球和月球之间的距离是 384,400 km ，据此可以得出：
太阳对月球的引力加速度是 0.00596 \ m/s^2 0.00596 \ m/s^2
太阳对地球的引力加速度是 0.00593 \ m/s^2 0.00593 \ m/s^2
地球对月球的引力加速度为 0.0026967 \ m/s^20.0026967 \ m/s^2 。
所以，地球对月球的主导性的引力加速度，也就导致了地球的引力是主导月球运动的主要因素，故月球绕地球公转。
再看地月距离达到多大，月球可以变成太阳的一颗行星？
这就要看Hill球面。Hill球面是指某个天体（如地球）在与另一个更大天体（如太阳）的引力作用下，所能影响到的范围。在这个范围内，地球的引力比太阳的引力更强，能够使月球在地球周围保持轨道稳定。
所以，计算出Hill球面的半径，就可以了。
Hill球面的半径计算公式为： r = a (1 - e) \sqrt[3]{\frac{m}{3M}} r = a (1 - e) \sqrt[3]{\frac{m}{3M}} ，这里 a是地球绕太阳公转轨道的半长轴 1.496 \times 10^{11} \ m1.496 \times 10^{11} \ m ，e是地球轨道的偏心率 0.01670.0167 ，m和M是地球和太阳的质量。
计算得出地球的Hill球面半径为 1,471,000 \ km 1,471,000 \ km 。
目前月球距离地球的距离为 384,400 km，远小于这个半径，因此月球处于地球的Hill球面之内，受地球引力主导；但是当地月距离达到Hill球面半径的时候，月球就会变成太阳的一颗行星了。
纠正下最高赞的回答。
月球轨道半径只要达到地球希尔球半径的1/3（地月距离49万km）就足以摆脱地球引力成为围绕太阳的行星。
因为月球属于公转轨道高于地球同步轨道（3万5788km）的顺行卫星，如果它是逆行卫星，只要在地球希尔球半径的1/2（73.55万km）以内就不会跑出去。
先解释下概念: 顺行卫星指的是公转轨道与行星自转方向相同的卫星，逆行卫星则相反。顺行卫星一般是和母行星几乎同时在同一个吸积盘里诞生的，逆行卫星通常是被俘获的（海卫一）。而同步轨道简单说就是卫星的公转周期和它所围绕的行星的自转周期相同，而且其运行方向也一致。
因为在希尔球以内的小天体，如果离行星距离比较远，就不一定是长期稳定的。一旦有附近路过的其他行星的引力摄动或太阳的辐射压，处于边缘的小天体很容易脱离行星的引力。
如果卫星的公转轨道高于母行星的同步轨道。那么卫星就始终转得比母行星的自转要快。卫星引力在行星表面所牵引起来的物质（比如潮汐）因为是跟着卫星跑的，所以相对于行星自转而言跑起来要慢的多，等于这部分物质实际上是在朝和行星自转相反的方向往后跑。
这部分物质和行星表面产生的摩擦力（潮汐力）会渐渐拖慢行星的自转速度（潮汐加速），这股潮汐力又会反作用在卫星上，使得卫星的轨道越来越升高（公转角动量增加，能量守恒定律），也就是离母行星越来越远。
正因为高于同步轨道的顺行卫星会由于潮汐力的因素越跑越远，所以相比于不动的同步卫星和离行星越来越近的逆行卫星，必须确保顺行卫星离母行星更近才能稳定。
但对于地月系而言，理论上月球终将离开地球，但实际上我们等不到这一天。经过计算，月球正以38.14毫米/年远离地球，这个速度会越来越慢。经过数学模型推演，700亿年后，地球也会被月球潮汐锁定，月球届时就不再继续远离地球。届时地月距离大约61万公里，地球上的一天和一个月都是按现在24小时标准的55天左右。在地月的有生之年，月球到49万km这个临界值保守估计要数十亿年，差不多就是太阳50亿年变成红巨星的时候。
所以，我们大可不必杞人忧天。
另外，从真实的宇宙尺寸看，月球“看起来”一直是在围绕太阳公转的。
你以为的太阳系是这样:
实际上却是这样的:
中间看不见的点就是太阳因为地月距离只有日地距离（约1.5亿km）的1/400，如果按真实的日地距离比例，就会如上图这样。月球轨道几乎和地球轨道合为一线。
月球能够成为地球的一颗卫星，绝对是一种地质的奇观吧，因为这么样，大体积的恒星在整个太阳系来说都是绝无仅有的，月球的体积相对于地球来说真的是有一点过于巨大，而且在千百年来，这种巨大的卫星的保护也能够让地球拥有着相对于稳定的，存活的空间，这样才能够让我们，地球能够孕育出像人类这样高智慧的生命所在吧。
如果月球与地球之间的距离足够长的话，那么月球将有可能去摆脱地球的引力，去彻底的成为围绕着太阳旋转的一颗行星。而在这个过程之中，他也有可能去独自发展出属于自己的运行轨道，但是在于我们地球这种近距离的相互吸引的过程之中，我们已经与他成为一种相互羁绊的存在，因为单一的摆脱束缚而彻底的脱离了这种相互吸引的状态。
虽然地球的体积明显的大于月球，但是月球也拥有着极其强大的吸引力，我们地球上所产生的潮汐与月球的运行轨迹有着息息相关的作用，有的时候，月球由于运行轨道的原因，相对于我们距离比较近，那么潮水就会受到月球的吸引力，而向着这方面去聚集，这就是我们已经习惯的潮起潮落吧。
所以当月球真正的离我们而去，成为太阳系中的一颗恒星的话，那么对于我们整个地球的生态来说，无疑是一种灾难性的改变。千百年来形成的一种自然的运行规律，将会被彻底的打破。
地球希尔球半径（地球引力起主导作用而非太阳主导的半径）是150万公里，超过希尔球半径，月球就会飞走。
现有的天文观测与理论框架表明，月球目前处于地球的引力约束下，绕地公转。
假设在某种情境下地月距离逐渐增加，月球有可能脱离地球的引力束缚，成为太阳系中的独立天体。这一问题牵涉到引力、轨道力学以及太阳系中天体的分类标准等多个方面。
在地月系统中，地球通过引力束缚着月球，使其保持绕地公转。
为了确定月球何时能够脱离地球的引力，我们需要从引力的基本定律出发，并借助希尔球（Hill Sphere）的概念。
希尔球是天体在主星体引力场中的稳定范围，定义了次级天体（例如月球）能够保持被主天体（例如地球）引力束缚的最大范围。当次级天体的距离超过希尔球半径时，主星体的引力不再是主要影响力，次级天体将会受到其他天体（例如太阳）的引力主导。
希尔球半径 r _{H}r _{H} 由以下公式给出：
r _{H}≈a( \frac{m}{3M}) ^{ \frac{1}{3}} r _{H}≈a( \frac{m}{3M}) ^{ \frac{1}{3}}
其中：
a 是主星体（地球）到恒星（太阳）的半长轴，即地球与太阳的平均距离。m是次级天体（地球）的质量。M是恒星（太阳）的质量。首先计算地球质量与太阳质量的比值：
\frac{5.972\times10^{24}}{3\times1.989\times10^{30}}=1.002\times10^{-6} \frac{5.972\times10^{24}}{3\times1.989\times10^{30}}=1.002\times10^{-6}
然后取三次方根：
(1.002\times10^{-6})^{\frac{1}{3}}\approx0.010(1.002\times10^{-6})^{\frac{1}{3}}\approx0.010
最后，计算希尔球半径：
r_{H}\approx1.496\times10^{6} kmr_{H}\approx1.496\times10^{6} km
因此，地球的希尔球半径约为150万公里。
之后，月球可能会受太阳引力的主导，并成为一个独立的天体。
能否成为行星？行星的定义基于国际天文学联合会（IAU）的三条标准：
天体必须围绕太阳公转；天体具有足够的质量，使其自身引力能够克服固体力形成接近球形的状态；天体已经清除其轨道区域内的其他物体。如果月球脱离地球并绕太阳公转，它将满足第一个条件。此外，月球的质量和形状也符合第二个条件。
然而，月球与其轨道内的其他天体相互作用（第三个条件）需要进一步分析。太阳系中的小行星带等天体也绕太阳公转，但由于它们未能“清除”其轨道区域内的其他物质，因此未被归类为行星。若月球成为一个行星，但它的相对质量和引力可能不足以在其轨道上维持清除其它小天体的作用。
