天文学
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最后更新:2014年6月15日

洛希极限或洛希半径

普罗米修斯星靠近土星的洛希极限
土星F环图像中可见的暗波,是由其微小卫星普罗米修斯的引力场所产生的。土星环(A、B、C、D、E、F、G)位于流体天体洛希极限内部或附近。普罗米修斯吸引周围冰尘微粒,形成了这些物质缺失的暗波。该卫星每次经过都会产生新的流束,因此有时可同时观测到多条暗波。影像来源:卡西尼成像团队、ISS、JPL、ESA、NASA

洛希极限位于哪里?

天体中的所有物质都通过自身引力聚集在一起。 洛希极限或洛希半径是指一个小天体因另一个天体的潮汐力而解体时的距离,此时该天体的引力超过小天体的自引力。 换句话说,洛希极限是相对于行星中心的最小距离,在此距离内,物质可以聚集形成例如足够大的卫星。

潮汐力阻止了行星附近形成大质量天体。尘埃和小碎片需要一定的距离才能“粘合”在一起,形成非常巨大的物体。这个距离被称为洛希极限,以法国数学家和天文学家爱德华·阿尔伯特·洛希(1820-1883)的名字命名,他于1848年计算出了这一理论极限。

低于此极限时,天体开始解体,因为潮汐力的作用超过了构成天体物质的结合力。超过此极限时,潮汐力仅会在卫星与行星的物质间产生摩擦。这通常会在天体表面形成一个隆起。

刚体是指在潮汐力作用下保持其形状和结构的固体物体。流体体是指在潮汐力作用下容易变形的物体,例如海洋或由流体物质组成的卫星。对于密度相同的两个刚体,洛希极限位于约2.42倍行星半径处。对于密度相同的两个流体体,它位于约1.26倍行星半径处。

注意: 在太阳系的行星周围,洛希极限内仅存在环状结构或质量极小的天体。

如何计算洛希极限?

刚体洛希极限:d = 2.422849865 × R × ³√(ρM/ρm) - d = 洛希极限 - R = 行星半径 - ρM = 行星密度或体积质量 - ρm = 卫星密度或体积质量 Excel计算公式:=(2.422849865*R)*(ρM/ρm)^(1/3)

流体体的洛希极限:d = 1.26 × R × ³√(ρM/ρm) Excel计算公式: =(1.26*R)*(ρM/ρm)^(1/3)

潮汐力

行星施加的潮汐力会在卫星处于洛希极限内时使其缓慢减速。卫星逐渐降低高度,并在抵达洛希极限时可能解体,从而形成新的行星环。反之,在洛希极限之外,潮汐力会极其缓慢地加速卫星并使其远离,例如月球正以每年3.78厘米的速度远离地球。

太阳系中的几颗卫星正危险地接近其行星的洛希极限,它们的终结已成定局。若在接近洛希极限时未发生解体,它们便会在行星大气层中燃烧殆尽。这一情况尤其适用于火卫一(火星卫星)、木卫五与木卫十六(木星卫星)、土卫十六与土卫十七(土星卫星)、天卫六与天卫七(天王星卫星),以及海卫六、海卫四、海卫五或海卫三(海王星卫星)。

卫星(半长轴)距离其行星洛希极限最近的距离

接近极限的卫星 洛希极限(刚体) 洛希极限(流体) 洛希半径倍数 洛希半径倍数 火卫一(火星) 1.72 0.89 木卫五(木星) 1.74 0.91 木卫十四(木星) 2.13 1.11 木卫十六(木星) 1.23 0.64 木卫十五(木星) 1.24 0.64 土卫十六(土星) 1.63 0.85 土卫十七(土星) 1.67 0.87 土卫一(土星) 2.90 1.51 天卫六(天王星) 1.54 0.80 天卫七(天王星) 1.66 0.86 天卫八(天王星) 1.83 0.95 天卫九(天王星) 1.91 0.99 天卫十(天王星) 1.94 1.01 天卫十一(天王星) 1.99 1.03 天卫十二(天王星) 2.04 1.06 海卫七(海王星) 2.12 1.11 海卫六(海王星) 1.53 0.80 海卫五(海王星) 1.52 0.79 海卫四(海王星) 1.45 0.75 海卫三(海王星) 1.43 0.74

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