Небесна механіка. Що таке межа Роша?

Єдиний супутник Землі, Місяць, знаходиться на відстані приблизно 384 400 кілометрів від поверхні нашої планети. І щороку віддаляється від неї на 3,4 сантиметра. Але що б сталося, якщо все відбувалося з точністю до навпаки? Наскільки близько міг би підійти Місяць до Землі, при цьому все ще залишатися його супутником? Саме ця відстань, друзі мої, і відомо як межа Роша...

Увімкнемо уяву

Звичайно ж, описаний вище сценарій в реальності неможливий. Оскільки немає такого процесу, в ході якого Місяць міг би почати наближатися до нашої планети. Насправді вона так і буде продовжувати поступово віддалятися від Землі. Цей процес триватиме приблизно 50 мільярдів років.

Але в давні часи, коли Земля була молодою і гарячою планетою, наш єдиний супутник був набагато ближче до нас.

Земля в молодості оберталася навколо своєї осі набагато швидше, і доба на ній тривала всього 6 годин. А Місяць здійснював один оборот по орбіті всього за 17 земних діб. Але гравітація нашої планети поступово уповільнювала обертання Місяця. Гравітація нашого супутника також сповільнювала обертання нашої планети. І, оскільки кутовий момент системи повинен зберігатися, Місяць почав віддалятися від нас, щоб компенсувати ці уповільнення.

Це збереження кутового моменту дуже важливо. Тому що воно працює в обох напрямках. Якщо взяти будь-який супутник, якому потрібно більше доби, щоб зробити один оборот навколо своєї планети, ефект буде таким же, як у випадку з нашим Місяцем. Обертання планети буде сповільнюватися, і супутник буде він неї видалятися, щоб компенсувати це. Однак, якщо супутник здійснює один оборот швидше, ніж планета обертається навколо своєї осі, відбувається зворотний ефект. Обертання планети прискорюється, і супутник переміщається до неї ближче, щоб компенсувати це.

Ефект гравітації і межа Роша

Точна відстань, на яку супутник може наблизитися до своєї планети, залежить від маси, розміру і щільності обох об'єктів. Наприклад межа Роша, у випадку з Землею і Місяцем, становить 9500 кілометрів. Якщо розглядати Місяць як ідеальну тверду сферу. Тобто якщо наш супутник буде знаходитися на відстані 9500 кілометрів (або менше) від Землі, гравітація нашої планети переважає над його власною. Місяць розколеться і перетвориться на кільце з фрагментів місячної породи, які продовжать обертатися навколо Землі, поки не впадуть на її поверхню. Подібне правило стосується всіх зірок, планет, астероїдів та інших космічних об'єктів...

Наприклад, якби стандартна комета підійшла до Землі ближче, ніж на 18 000 кілометрів, її неодмінно розірвало б на частини. Сонце здатне зробити те ж саме на набагато більшій відстані - 1,3 мільйона кілометрів. І це не просто теорія. Руйнування супутників їхніми планетами - це те, що реально відбувається в Сонячній системі. Найвідомішим прикладом, безсумнівно, є Фобос. Він обертається навколо Марса швидше, ніж планета обертається навколо своєї осі. І рано чи пізно Фобос буде зруйнований гравітацією Червоної планети.

Є ще один приклад. Він не так добре відомий, як попередній. Однак, можливо, він більш вражаючий. Через розмір задіяних об'єктів. Це Тритон, найбільший супутник Нептуна. У далекому майбутньому, приблизно через 3,6 мільярда років, він досягне межі Роша біля своєї планети - Нептуна. І після цього можливо два варіанти. Перший: Тритон спрямується в атмосферу планети, де і розпадеться. Другий: він буде розірваний на частини і перетвориться на систему кілець, дуже схожу на кільця Сатурна.

Дуже можливо, що вони у нього так і з'явилися.