로슈 한계

1. 개요

2. 원리

3. 여담

• 최근 연구에 따르면, 카이퍼 벨트에 자리한 소행성체 콰오아가 로슈 한계에 부합하지 않는 고리를 가졌음이 밝혀졌다. 콰오아의 고리 반지름은 각각 2520(Q2R), 4057㎞(Q1R)이다. Q1R의 고리 반지름은 555km인 콰오아 반지름의 무려 7.4배로, 콰오아의 로슈 한계를 한참 벗어나는 값이다. 다만 콰오아의 고리들은 각각 위성 웨이워트와 궤도 공명(Q1R, 6:1 궤도 공명) 및 콰오아와 자전 공명(Q1R, 1:3 자전 공명. Q2R, 5:7 자전 공명)을 하고 있고, 발견되지 않은 양치기 위성이 있을 가능성도 있다.

4. 매체에서의 묘사

• 너의 이름은. 애니메이션에서 혜성의 핵이 분리될 때 뉴스에서 이 말이 나와 일반인들에게도 주목을 받았다. 1994년 7월 목성과 격돌한 슈메이커-레비 9 혜성에서 모티브를 얻은 것으로 보이며, 로슈 한계를 넘지 않았는데도 혜성의 핵이 갈라졌음을 시사함으로써 이 작품에서의 혜성 충돌은 단순한 자연재해가 아닌 어떤 판타지적인 요소를 내포하고 있음을 의도한 부분으로 추정되나, 사실 이는 고증 오류로 지구의 크기와 기조력을 고려할 때 지나가는 혜성의 형태에 변화를 주는 것은 절대 불가능하다.

• 문폴 영화에서 달과 지구 사이 로슈 한계로 달이 도달해 조금씩 붕괴하면서 달 파편들이 지구로 메테오처럼 떨어지고 지구 중력에 이상이 생기며 달과 지구 사이에서 작용하는 기조력으로 지각 변동이 크게 일어나 지진으로 땅이 갈라지고 바다가 넘쳐 흘러 지구가 붕괴하기 직전 상황으로 도달한다.

• 유랑지구2 영화에서 달에 건설한 엔진이 파괴당해 지구로 추락하던 가운데 지구가 이를 벗어나기 위해 지구에 설치한 엔진을 가동하려 하는데 엔진을 가동해야 하는 기점이 달의 로슈 한계까지라는 설명이 나오며 이를 벗어나서 가동하면 지구의 지상은 달의 파편으로 초토화한다고 표현한다.

• 별의 커비 디스커버리 게임에서 최종보스전 테마곡 제목으로 '어느덧 쌍성은 로슈 한계로'라고 인용하였다. 그리고 제목과 걸맞게 최종 보스전 종반으로 접어들면 보스전 배경 행성과 최종보스가 불러낸 행성이 로슈 한계를 넘어서며 두 행성 지표면이 뜯겨나가기 시작한다. 최종전 진행과 잘 맞물려서 강렬한 인상을 남기는 삽입곡. 여담으로 제목에서 '쌍성'이라는 단어도 나오는데 이는 실제 천문학에서 말하는 쌍성이 아니라 두 천체를 쌍성으로 빗대어 표현한 것이다. 실제로 해당 곡 영어 제목은 'Two planets'를 사용해 좀 더 정확한 표현을 했다.

4.1. 오해

엘더스크롤 시리즈 게임에서 나오는 위성 매서와 세컨다.

• 판타지 등에 흔히 나오는 하늘을 가릴 정도로 거대하게 보이는 달은 로슈 한계 때문에 존재할 수 없다.(X)
  로슈 한계의 범위에 대한 무지에서 나온 오해. 일반적인 행성의 로슈 한계는 매우 작기 때문에, 눈에 보이는 위성의 크기와 로슈 한계는 사실상 아무런 상관이 없다. 가령 달에 대한 지구의 로슈 한계는 약 9000km이다. 해당 고도에 달이 위치할 경우 현재보다 지름이 약 42.2배 더 커 보이게 되며, 하늘을 올려다 볼 시 시야의 약 25%가 달로 가득 차게 된다. 시각적으로 알기 쉽게 요약하자면, 지금 달의 위치에 목성을 가져다 놓는다면 동일한 풍경을 볼 수 있다.[8] 이는 지구와 같은 암석형 행성이든 토성과 같은 가스형 행성이든 크게 다르지 않으며, 일반적인 행성의 로슈 한계는 반지름의 약 1.5배 정도에 불과하다.
  위성이 행성과 가깝게 위치하기 힘든 이유는 대부분의 경우 로슈 한계와는 전혀 무관하며, 우주 속도의 영향이 크다. 행성에 가까울수록 궤도를 유지하기 위한 우주 속도는 훨씬 커지는데, 이러한 조건을 충족시키는 소천체가 운 좋게 아슬아슬한 거리에서 적절한 각도로 스쳐지나갈 확률이 거의 없기 때문. 달과 같이 충돌 파편에서 형성된 위성의 경우도 마찬가지로, 그 정도의 속도를 가진 파편이 딱 적절한 각도로 튀어나갈 확률은 매우 낮다.
  다만 로슈 한계와는 별개로, 위성과 행성의 거리가 비정상적으로 가깝다면 생물체가 살기 어려운 환경일 가능성이 높다. 위성이 가까우면 그만큼 행성의 해수 조석과 지각 조석이 커지기 때문에 영화 인터스텔라의 밀러 행성처럼 수백m~수km의 파도가 일상적으로 치거나, 지진이나 화산 활동이 지속적으로 일어날 가능성이 높기 때문. 지구의 경우도 선캄브리아기 초기 달의 궤도 장반경은 22,500km으로 지금보다 달이 최대 17배 더 커 보였는데[9], 당시에는 대다수의 생물이 고세균, 남세균 등의 미생물 뿐으로, 고등 생물이 탄생하기에는 부적합한 환경임을 짐작할 수 있다.

• 로슈 한계에 다다른 물체는 기조력 때문에 순식간에 폭발하여 산산조각난다.(X)
  기조력은 원심력과 마찬가지로 애초에 실존하는 힘이 아니며, 위성의 각 위치에 가해지는 중력의 차이를 편의적으로 표현한 개념일 뿐이다. 달과 같은 행성이 기조력으로 인해 그 형태를 잃어버리는 데에만 수 년, 고리의 형태로 흩어지기까지는 몇백년이 걸린다.
  혜성과 같은 작은 천체조차도 그 구성의 결합력이 매우 약한 경우에나 짧은 시간 안에 조각나며, 이마저도 수일 정도의 시간이 걸린다. 때문에 위성을 행성에 충돌시키는 것은 로슈 한계 때문에 불가능하다는 주장도 틀리며, 반대로 재난 영화 등에서 지구에 다가오는 혜성이나 위성이 로슈 한계로 인해 무너져내리는 연출 역시 오류이다. 슈메이커-레비 혜성과 같은 사례는 매우 희귀한 것으로, 목성과 같이 거대한 중력과 크기를 가진 행성의 근처에 운 좋게 상대 속도가 매우 느린 혜성이 아주 긴 시간에 걸쳐 이동하였기에 벌어진 사례이다.

[1] 조석력(潮汐力)이라고도 한다. 한 위성천체가 다른 모천체의 중력권 안에 있을 때, 모천체에 가까운 면은 중력이 크게 작용하고, 먼 면은 중력이 작게 작용하는 것. 밀물과 썰물도 달의 기조력에 의해 발생한다.[2] 모천체와 위성천체의 질량차이가 작을 경우에는 양쪽 다 계란모양으로 잡아당겨지며 이에 따라 극심한 열이 발생하는 영향을 받는다. 남의 얘기가 아니라 지구의 지열에도 달의 기조력이 일익하고 있다.[3] 달은 돌덩이인데 무슨 소리냐고 반문할 수 있지만, 규모가 커질수록 물질을 강체로 유지시키는 전자기력의 중요성은 중력에 밀려 사라진다. 아무리 단단한 암석이라도 거시적으로 보았을 때는 유체의 특징을 갖는다. 조악한 비유기는 하지만 이는 쇳덩이도 마찬가지인데, 장대레일이 현장에서 용접을 통해 제작되는 이유다. 실제로 레일의 길이가 일정규모 이상 길어지면 그 단단하던 레일이 엿가락처럼 쉽게 휘청거린다. 직접 보면 쇳덩이 맞아? 싶을 정도.[4] 지구는 지름 약 1280만 미터에 달하는 거구인만큼 크기 비율상 1 밀리미터 정도 되는 모래알은 사람으로 치자면 몸에 묻은 물분자(0.18 나노미터)에 지나지 않으며, 몇십 미터짜리 거대한 바윗덩어리조차도 지구 입장에선 아주 곱다 고운 밀가루일 뿐이다. 그러니 물처럼 흐르는게 의외로 안이상한 것이다.[5] 조석력이 가장 강한 곳이다.[6] 우주비행사가 블랙홀의 중력권에 잡혀서 선 채로 자유낙하하면, 머리에 걸리는 중력 가속도와 몸통에 걸리는 중력 가속도의 차이가 목뼈의 인장강도를 초과하여 스파게티처럼 늘어나 갈기갈기 찢기는 최후를 맞을 것이다.[7] 혹은 과거에 고리를 가진 시절이 있었을지도 모른다. 테이아가 원시 지구와 충돌하면서 나온 수 많은 파편 중 일부가 고리 모양으로 지구 주위를 공전하다가 고리의 재료들이 뭉치면서 달을 형성했을지도 모른다는 가설도 있다.[8]
목성이 달의 궤도에 위치할 경우의 예상도. 해당 영상에 다른 태양계 행성과 달의 예시도 있으니 쉽게 비교 가능하다. 사실 역지사지로 생각하면, 목성의 위성인 이오나 유로파의 궤도 장반경은 달의 약 1.2~1.7배 정도에 불과하므로 거기서 보는 하늘은 항상 저런 모습인 것이다.[9] 지금 달의 궤도에 천왕성 혹은 해왕성을 가져다 놓았을 때보다 약간 더 큰 크기이며, 위의 엘더스크롤 시리즈 일러스트의 좌측보다 더 큰 크기로 보이게 된다. 다만 선캄브리아기는 지구 역사의 90%를 차지할 정도로 매우 긴 시기이기에, 후기에는 지금의 달과 비슷한 궤도까지 상승하였다.