洛希极限常用于行星和环绕它的卫星。有些天然和人工的卫星,尽管它们在它们所环绕的星体的洛希极限内,却不至成碎片,因为它们除了引力外,还受到其他的力。木卫十六和土卫十八是其中的例子,它们和所环绕的星体的距离少于流体洛希极限。它们仍未成为碎片是因为有弹性,加上它们并非完全流体。
计算方法洛希极限
设洛希极限为d。对于一个完全刚体、圆球形的卫星,假设其物质都是因为重力才合在一起的,且所环绕的行星亦是圆球形,并忽略其他因素如潮汐变形及自转。
其中R是卫星所环绕的星体的半径,是该星体的密度,是卫星的密度。对于是流体的卫星,潮汐力会拉长它,令它变得更易碎裂。
由于有黏度、摩擦力、化学链等影响,大部分卫星都不是完全流体或刚体,其洛希极限都在这两个界限之间。如果一个刚体卫星的密度是所环绕的星体的密度两倍以上(例如一个巨大的气体行星跟刚体卫星;对于流体卫星来说,则要约14.2倍以上),d为卫星作用在 上的引力,根据牛顿引力定律,。设d为卫星和行星中心的距离,R为行星半径,为行星作用在 上的潮汐力,
若卫星刚好在洛希极限,,即由此即可计出不想卫星半径出现在公式中,便将其半径以密度等变数写出。
行星的质量可写成:
卫星的质量可写成:代入上面的洛希极限的公式,得简化成:公式洛希给出的基于流体洛希极限的公式是:
更精确的公式是:是行星的扁度。公式的推导过程较复杂,此处不予给出。
应用场景洛希极限是一个距离。[1]当行星与恒星密度相等时,它等于恒星赤道半径的2.44倍。当天体和第二个天体的距离为洛希极限时,天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等。如果它们的距离少于洛希极限,天体就会倾向碎散,继而成为第二个天体的环。它以首个计算这个极限的人爱德华·洛希命名。
最常应用的地方就是卫星和它所环绕的星体。有些天然和人工的卫星,尽管它们在它们所环绕的星体的洛希极限内,却不至成碎片,因为它们除了引力外,还有其他的力帮助。在这些情况下,在卫星表面的物件有可能被潮汐力扯离卫星,要视乎物件在卫星表面哪部分——潮汐力在两个天体中心之间的直线最强。
一些内部引力较弱的物体,例如彗星,可能在经过洛希极限内时化成碎片。苏梅克-列维9号彗星就是好例子。它在1992年经过木星时分成碎片,1994年落在木星上。现时所知的行星环都在洛希极限之内。
例子展示以太阳系内的星体为例:
使用以上数据,计算流体及刚体洛希极限。R表示它们和真正的洛希极限之比。
天体卫星刚体洛希极限距离(m)刚体洛希极限R流体洛希极限距离(m)流体洛希极限R地球月球9,495,6651.4918,261,4592.86彗星17,883,4322.8034,392,2795.39太阳地球554,441,3890.801,066,266,4021.53木星890,745,4271.281,713,024,9312.46月球655,322,8720.941,260,275,2531.81对比验算
主星附属星质量(kg)半径 (km)原洛希极限公式 ρ)建议修改公式 洛希极限希尔球半径结果洛希极限希尔球半径结果地球月球7.35E+191737.494831.11517.7587已解体1085551737.4解体极限彗星1.67552E+13217870.11.7471609已解体20456.22解体极限太阳地球5.98E+2463715562795565.5811已解体6367806371解体极限木星1.90E+277150091469562461.003已解体104706571500解体极限卫星处于原洛希极限公式所得位置时基本上完全解体;
按修改建议的洛希极限公式,卫星处于该位置时,希尔球刚好在星卫星表面,正是解体的临界点。
后文中的“太阳系的行星和其卫星之间的真实洛希极限”,有兴趣的朋友可以自行验算对比一下。
太阳系的行星和其卫星之间的真实洛希极限和计算洛希极限如下表所示:
天体卫星轨道半径:洛希极限revise
刚体流体用(3)式验算用(2)式验算太阳水星104:154:1640554442640563260地球月球41:121:11086172810860447end revise.
火星火卫一172%89%火卫二451%233%