로슈 한계
"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차
1. 개요
로슈 한계는 위성이 기조력으로 인해 파괴될 수 있는 주천체와의 최소 거리를 의미한다. 위성의 강성에 따라 로슈 한계는 다르며, 강체 위성의 경우 밀도 차이에 따라 계산된다. 유체 위성의 경우 변형을 고려하여 더 복잡한 공식으로 계산하며, 혜성과 같이 약한 힘으로 뭉쳐진 물체에 적용된다. 태양계의 천체들을 예시로 로슈 한계를 계산할 수 있으며, 조석 분열은 천체가 로슈 한계 안으로 들어가 파괴되는 현상을 말한다.
더 읽어볼만한 페이지
- 행성 고리 - 레아 (위성)
레아는 조반니 카시니가 발견한 토성의 두 번째로 큰 위성으로, 수많은 충돌구와 밝은 선 구조로 덮인 표면, 희박한 외기권, 과거 고리 존재 가능성이 특징이며, 여러 탐사선에 의해 탐사되었다. - 행성 고리 - 천왕성의 고리
천왕성의 고리는 13개의 고리로 이루어진 고리 시스템으로, 행성으로부터의 거리에 따라 이름이 붙여지며 좁은 주 고리, 먼지 고리, 외부 고리로 분류되고, 어두운 물질로 구성되어 다른 행성의 고리들과 구별되는 특징을 가진다. - 우주과학 - 태양계
태양계는 태양을 중심으로 행성, 위성, 왜행성, 소행성, 혜성 등 다양한 천체들이 중력으로 묶여 있는 항성계로, 약 46억 년 전 분자운의 붕괴로 형성되었으며 지구형 행성, 목성형 행성, 카이퍼 대, 오르트 구름 등을 포함하고 탐사를 통해 구성과 역사가 밝혀지고 있다. - 우주과학 - 우주의 끝을 향한 여행
우주의 끝을 향한 여행은 빅뱅에서 시작해 지구에서 우주의 가장자리까지의 여정을 롱 테이크로 시각화한 CGI 애니메이션 다큐멘터리이다. - 천체역학 - 공전
공전은 천문학에서 어떤 천체가 다른 천체의 중심 주위를 회전하는 운동을 의미하며, 태양계 행성, 위성, 은하 내 항성 등 다양한 천체에서 관찰되고, 케플러의 법칙에 따라 공전 주기가 결정된다. - 천체역학 - 중력
중력은 질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 인력으로, 그 크기는 두 물체의 질량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례하며, 지구에서는 물체를 아래로 떨어뜨리는 힘으로 작용하고, 일반 상대성 이론에서는 시공간의 곡률로 설명되며, 현대 물리학에서는 양자 중력 이론과 중력파 관측을 통해 연구되고 있다.
로슈 한계 | |
---|---|
로슈 한계 | |
![]() | |
![]() | |
![]() | |
![]() | |
![]() | |
개요 | |
정의 | 위성이 모행성의 조석력으로 인해 파괴되지 않고 안정적으로 공전할 수 있는 최소 궤도 반경 |
다른 이름 | 로시 한계 |
설명 | 로슈 한계는 위성이 모행성의 중력에 의해 산산조각 나기 시작하는 궤도 반경이다. 이 한계 내에서는 조석력이 위성의 자체 중력보다 강해지기 때문에 위성은 파괴되어 흩어진다. |
발견자 | 에두아르 로슈 |
상세 설명 | |
원리 | 로슈 한계는 위성의 자체 중력과 모행성의 조석력 간의 균형점에서 발생한다. 위성이 로슈 한계 내에 있으면 모행성의 조석력이 너무 강해져 위성을 잡아당겨 파괴한다. |
고체와 유체 | 로슈 한계는 위성이 고체인지 유체인지에 따라 다르다. 유체 위성은 고체 위성보다 훨씬 더 쉽게 파괴되므로 로슈 한계가 더 크다. |
천체의 고리 | 행성의 고리는 모두 행성의 로슈 한계 내에 있다. 그 이유는 행성의 조석력이 이러한 영역에서 큰 천체가 모일 수 없게 하기 때문이다. |
계산 | |
공식 (유체) | 약 2.44×행성 반경 × (행성 밀도/위성 밀도)1/3 |
공식 (고체) | 약 1.26×행성 반경 × (행성 밀도/위성 밀도)1/3 |
참고 | 밀도는 평균 밀도이다. |
예시 | |
지구 | 달의 로슈 한계는 약 9,500km이다. |
토성 | 토성의 고리는 로슈 한계 내에 있다. |
기타 | |
참고 자료 | Eric Weisstein's World of Physics – Roche Limit What is the Roche limit? |
2. 로슈 한계의 정의 및 결정
로슈 한계는 위성이 모행성의 조석력에 의해 파괴되지 않고 접근할 수 있는 한계 거리이다. 위성이 모행성에 너무 가까이 접근하면, 모행성의 조석력이 위성의 자체 중력보다 강해져 위성을 파괴할 수 있다.[6] 이 거리는 위성의 특성에 따라 달라지는데, 크게 강체 위성과 유체 위성으로 나누어 생각할 수 있다.
- 강체 위성: 위성이 충분히 단단하여 모양이 거의 변하지 않는다고 가정한 경우이다.
- 유체 위성: 위성이 액체나 기체처럼 변형되기 쉬운 물질로 이루어져 조석력에 의해 쉽게 변형된다고 가정한 경우이다.
일반적으로 유체 위성의 로슈 한계가 강체 위성의 로슈 한계보다 더 크다.
2. 1. 강체 위성
로슈 한계는 위성이 자신의 형태를 유지하는 요인이 자체 중력뿐이라고 가정할 때, 모행성에 의해 파괴되지 않고 접근할 수 있는 한계 거리를 의미한다. 이 거리는 위성의 강성에 따라 달라진다.강체 위성의 경우, 조석력에 의해 변형되지 않는다고 가정한다. 실제 위성은 내부 마찰, 점성, 인장력 등으로 인해 완벽한 강체가 아니지만, 이러한 요소를 무시하고 계산을 단순화한다. 강체 위성의 로슈 한계 공식은 다음과 같다.[11][12]
:
여기서 은 모행성의 반지름, 은 모행성의 밀도, 은 위성의 밀도이다.
위성의 밀도가 모행성 밀도의 두 배 이상이면, 로슈 한계는 모행성 내부에 위치하여 위성에 영향을 미치지 못한다. 예를 들어, 암석으로 이루어진 위성이 거대한 가스 행성 주위를 공전하는 경우가 이에 해당한다.
이 공식은 위성의 반지름, 모행성의 질량, 위성의 질량을 사용하여 다음과 같이 표현할 수도 있다.
:
여기서 은 위성의 반지름, 은 모행성의 질량, 은 위성의 질량이다.
2. 1. 1. 강체 위성 공식 유도
로슈 한계를 구하기 위해, 위성 표면에서 주성 쪽을 향하고 있는 질량 인 작은 부분을 생각한다. 이 부분은 위성의 중력과 모행성의 중력, 두 가지 힘을 받는다. 위성은 이미 모행성 주위를 자유낙하하고 있으므로, 기조력은 모행성의 중력에 의해서만 발생한다.[13]
질량이 이고 반지름이 인 위성이 를 당기는 중력 는 뉴턴의 중력 법칙에 따라 다음과 같다.
:
반지름이 이고 질량이 인 모행성이 에 미치는 기조력 는 두 천체의 질량중심 사이의 거리를 라고 할 때, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
이 식은 모행성의 중력이 위성의 중심을 당기는 힘과 위성에서 를 당기는 힘의 차이를 통해 유도할 수 있다.
:
:
: