로슈 한계는 행성의 기조력과 천체의 자체 중력이 평형을 이루는 지점인가요?
토성의 고리는 로슈 한계로 인해 생겨난 것이라고 들었습니다. 그렇다면 로슈 한계는 행성의 기조력과 천체의 자체 중력이 평형을 이루는 지점인가요?
안녕하세요. 이용준 전문가입니다.
로슈 한계(Roche limit) 또는 로슈 반지름은 위성이 모행성의 기조력에 의해 붕괴되지 않고 접근할 수 있는 한계 거리를 말합니다. 로슈 한계는 모행성의 인력과 위성의 중력에 의해 발생하는 차등 중력에 따른 기조력으로 인해 발생합니다. 두 물체의 질량이 일정한 경우 중력의 세기는 오직 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 일반적으로 물체의 크기가 작은 경우는 따라서 물체 사이의 거리가 멀수록 중력 가속도는 작아지며, 물체 사이의 거리가 가까울수록 중력 가속도는 커집니다. 그런데, 행성이나 위성 등 천문학적 크기의 부피와 질량을 갖고 있는 천체들의 경우 하나의 천체 안에서도 위치에 따라 받는 중력의 차이가 발생합니다. 이를 차등 중력이라고 합니다.
위성이 로슈 한계보다도 낮은 고도로 접근하게 되면 행성에 의해 위성의 행성을 향한 면 부분에 작용하는 중력 가속도와 반대편에 작용하는 중력 가속도의 차이(분리력)가 위성 자체의 표면 중력 가속도(결합력)를 초과해 버리게 됩니다. 그 결과 위성의 앞면(행성을 향한 면)과 뒷면의 공전 궤도와 속도가 달라지게 되며, 이로 인해 위성이 늘어나다가 찢어지게 됩니다. 그리고 료슈 한계는 위성의 물성이 완전 강체인가 아니면 어느 정도 유동성을 띠는가에 따라 달라집니다.
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로슈한계란 위성이 행성 주위를 돌고 있을때 그 위성이 행성에 너무 가까이 접근하면 행성의 기조력이 위성의 자체 중력을 이겨내면서 결국에 위성을 파괴하여 고리 형ㅇ태로 흩어지게 되는 경계의 거리를 나타내는데 토성의 아름다운 고리는 예전에 존재했던 위성이나 소행성이 로슈한계를 넘어서면서 파괴된 잔해일 가능성이 큽니다. 토성의 로슈한계는 2.44*행성의 반지름으로 나타낼수 있으며 실제로 토성의 고리는 모두 이 로슈한계 안쪽에 존재하게 됩니다.