로슈 한계는 위성이 모행성의 조석력(=기조력)에 부서지지 않고 접근할 수 있는 한계 거리를 뜻합니다. 1850년 프랑스의 천문학자 에두아르 알베르 로슈에 의해 계산되어 알려졌습니다. 먼저 로슈의 한계에 대해 이야기하기 전에 중력과 조석력에 대해서 알아야 합니다.
중력
중력은 힘입니다. 당신은 우주로 튕겨져 날아가지 않고, 당신의 전화기를 탁자 위에 올려놓을 수 있는 것이 중력이라는 힘 덕분에 가능함을 이미 알고 있을 것입니다. 좀 더 과학적으로 설명하자면, 중력은 두 입자를 서로 끌어당기는 힘입니다. 지구가 당신을 끌어당기고 있기 때문에 당신이 점프를 할 때 우주로 튕겨져 나가지 않고 다시 돌아올 수 있습니다. 그러나 많은 사람들이 깨닫지 못하는 것이 있는데, 당신 또한 지구를 당기고 있다는 것입니다.
중력은 상당히 약한 힘이며, 눈에 띄는 힘을 생성하려면 많은 입자가 함께 작동해야 합니다. 그렇기 때문에 당신과 지구가 함께 당겨지고 있음에도 지구가 일방적으로 당기고만 있다고 느껴지는 것입니다. 지구는 당신보다 훨씬 더 크고 훨씬 더 많은 입자로 구성되어 있어 당신보다 훨씬 더 큰 중력을 가합니다. 즉, 더 많은 질량을 가질수록 더 많은 중력 인력을 얻게 됩니다.
중력에 대한 두 번째 사실은 중력이 당신을 끌어당기는 것이 무엇이든 가까이 있을수록 더 강하다는 것입니다. 예를 들어, 콘월의 해변에 가서 앉아 있는 사람이 에베레스트 산을 오른 사람보다 지구에서 더 강한 중력을 경험하고 있습니다. 비행기를 조종하며 현재 발리로 가는 길에 있는 사람은 중력을 훨씬 덜 느끼고 있고, 국제 우주 정거장에서 지내고 있는 사람 또한 지구의 중력을 훨씬 덜 느끼고 있습니다.
조석력
조석력은 엄밀히 말해서 힘이 아닙니다. 조석력은 중력의 효과입니다. 조석력은 방금 알아본 중력에 대한 두 번째 사실과 관련이 있습니다. 중력에 대한 두 번째 사실은 중력이 당신을 끌어당기는 것이 무엇이든 가까이 있을수록 더 강하다는 것이라고 설명했습니다. 물론 더 멀리 있는 것들은 더 약한 중력을 경험하게 됩니다.
하지만 우리가 똑바로 서있을 때, 귀가 발가락보다 지구에서 더 멀다고 해서 지구가 귀보다 발가락을 더 많이 당기는 것을 경험하지는 않습니다. 이것은 이전에 말했듯이 중력이 정말 약하고, 지구에 비해 우리가 아주 작기 때문입니다. 중력을 충분히 강하게 만들 수 있다면 어떤 느낌일지 상상해보세요. 마치 누군가가 고무줄처럼 우리를 잡아당기려고 하는 것처럼 느껴질 것입니다.
천문학에서는 천체와의 거리와 행성 자체의 크기때문에 나타나는 중력의 공간적 차이가 원인이 되어 발생하는 힘을 조석력이라고 나타냅니다. 이 조석력 때문에 위성이 모행성의 중력에 의해 부서지기 시작하는 최대 거리인 로슈 한계가 나타나게 됩니다. 이 거리 이내에서는 위성이 온전한 구의 형태로 존재하는 것이 불가능합니다.
로슈 한계
로슈 한계에 대해 더 잘 이해하기 위해, 먼저 달을 상상해봅시다. 그리고 우리가 지구의 표면에 서있다고 생각해봅시다. 우리와 달, 둘 다 지구의 중력에 끌려가고 있음을 알 수 있습니다. 그러나 달은 우리보다 지구에서 더 멀리 떨어져 있기 때문에 우리는 달보다 조금 더 강하게 잡아당겨지고 있습니다. 다시 말하지만, 우리는 몇 가지 이유 때문에 이것을 실제로 알아차리지 못합니다.
하지만 달을 지구에 더 가까이 옮기면 어떻게 될까요? 지구의 중력은 달 자체를 끌어당기는 것이 아니라 달을 구성하는 모든 입자를 끌어당깁니다. 중력은 지구에 서 있는 우리를 잡아당기는 것과 같은 방식으로 달을 잡아당기려고 합니다. 즉, 달은 거대한 고무줄과 같이 변할 것입니다. 달이 지구에 가까워질수록 달이 느끼는 중력은 더 강해질 것이고, 결국 달이 지구에 충분히 가깝게 움직였을 때 달의 양쪽에 작용하는 힘의 차이는 너무 커져서 달은 더 이상 공처럼 구 형태로 있지 못하고 부서집니다.
우리는 이러한 일이 발생할 행성에서 위성까지의 거리를 계산할 수 있으며, 이 거리를 로슈 한계라고 합니다. 로슈 한계는 행성의 밀도와 반경, 위성의 밀도에 따라 달라집니다.
