Hạn chế Roche

Hạn chế Roche là khoảng cách gần nhất mà hai thiên thể có thể đạt được mà không bị vỡ vụn. Ví dụ, nếu Mặt Trăng vượt qua hạn chế Roche, nó có thể bị nghiền nát thành nhiều mảnh. Điều này có thể xảy ra khi một thiên thể nhỏ di chuyển quá gần thiên thể lớn hơn. Nhà thiên văn người Pháp Edouard Albert Roche (1820-1883) là người đầu tiên tính toán giới hạn này.

Giải thích

Sao chổi Shoemaker-Levy 9 đã bị lực thủy triều của Sao Mộc làm tan rã thành nhiều mảnh nhỏ vào năm 1992, trước khi va chạm với hành tinh này vào năm 1994.

Thường thì, hạn chế Roche áp dụng cho sự tan rã của vệ tinh do lực thủy triều của chính nó gây ra, do cơ thể mà nó quay quanh. Các phần của vệ tinh gần khối chính bị thu hút mạnh hơn bởi lực hấp dẫn từ khối chính so với các phần ở xa hơn; sự chênh lệch này có hiệu quả kéo các phần gần và xa của vệ tinh ra xa nhau và nếu sự chênh lệch này (kết hợp với bất kỳ hiệu ứng ly tâm nào do xoay của vật thể) lớn hơn lực hấp dẫn giữ vệ tinh lại với nhau, nó có thể kéo vệ tinh thành từng mảnh riêng biệt. Một số vệ tinh thực tế, cả tự nhiên và nhân tạo, có thể quay quanh trong hạn chế Roche của chúng vì chúng được giữ lại bởi các lực khác ngoài trọng lực. Các vật thể nằm trên bề mặt của một vệ tinh như vậy sẽ bị lực thủy triều đẩy đi. Một vệ tinh yếu hơn, như sao chổi, có thể bị vỡ khi vượt qua hạn chế Roche.

Trong hạn chế Roche, các lực thủy triều áp đảo lực hấp dẫn, có thể giữ vệ tinh lại với nhau, không cho phép vệ tinh nào giữ chân các hạt nhỏ hơn nó trong hạn chế đó. Thực tế, hầu hết các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời đều nằm trong hạn chế Roche của chúng. (Các trường hợp ngoại lệ đáng chú ý là nhẫn E-Ring và Phoebe của Sao Thổ. Hai chiếc nhẫn này có thể là tàn dư từ đĩa bồi tụ ban đầu của hành tinh hoặc hình thành khi một mặt trăng vượt qua hạn chế Roche và bị vỡ ra.)

Hạn chế Roche không phải là yếu tố duy nhất dẫn đến sự vỡ nát của sao chổi. Sự tách bằng ứng suất nhiệt, áp suất nội và sự tách quay cũng là những cách khác để sao chổi tan rã dưới tác động của lực hấp dẫn.

Các ví dụ được lựa chọn

Bảng dưới đây thể hiện mật độ trung bình và bán kính xích đạo của các đối tượng được lựa chọn trong Hệ Mặt Trời.

Các phương trình cho giới hạn Roche liên quan đến bán kính quỹ đạo bền vững tối thiểu với tỷ lệ mật độ của hai vật thể và bán kính của cơ thể chính. Do đó, sử dụng dữ liệu trên, giới hạn Roche cho các đối tượng này có thể được tính toán. Điều này đã được thực hiện hai lần cho mỗi trường hợp, giả sử các thái cực của các trường hợp cơ thể không linh hoạt và linh hoạt. Mật độ trung bình của sao chổi là khoảng 500 kg / m³.

Bảng dưới đây đưa ra các giới hạn Roche được biểu thị bằng km và bán kính chính. Các bán kính trung bình của các quỹ đạo có thể được so sánh với các giới hạn Roche. Để thuận tiện, bảng liệt kê bán kính trung bình của quỹ đạo cho mỗi quỹ đạo, ngoại trừ các sao chổi, có quỹ đạo cực kì dễ thay đổi và lập dị.

Các vật thể này nằm ngoài giới hạn Roche của chúng bởi nhiều yếu tố khác nhau, từ 21 đối với Mặt trăng (vượt quá giới hạn Roche của vật thể linh động) như là một phần của hệ thống Mặt Trăng - Trái Đất, lên đến hàng trăm đối với Trái Đất và Sao Mộc.

Bảng dưới đây đưa ra cách tiếp cận gần nhất của mỗi vệ tinh trong quỹ đạo của nó chia cho giới hạn Roche của chính nó. Lưu ý rằng Pan, Cordelia và Naiad,có thể khá gần với điểm phân tách thực tế của chúng.

Trong thực tế, mật độ của hầu hết các vệ tinh bên trong của các hành tinh khổng lồ không được biết đến. Trong các trường hợp được in nghiêng, các giá trị có thể đã được giả định, nhưng giới hạn Roche thực tế của chúng có thể thay đổi so với giá trị được hiển thị.

Liên kết ngoài

• Dẫn xuất chi tiết các công thức tính toán giới hạn Roche
• Bàn luận về Giới hạn Roche Lưu trữ 2007-08-26 tại Wayback Machine
• Giới hạn Roche