حد روش

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
يدور حول جرم سماوي (أصفر) كتلة من سائل (أزرق) متماسكة بفعل الجاذبية، ويُرى هنا من أعلى مستوى المدار. بعيدًا عن حد روش (الخط الأبيض)، تكون الكتلة كروية الشكل تقريبًا.
كلما اقتربنا من حد روش، يتشوه الجسم بفعل قوى المد والجزر .
ضمن حدود روش، لم تعد جاذبية الكتلة نفسها قادرة على تحمل قوى المد والجزر، ويتفكك الجسم.
تتحرك الجسيمات الأقرب إلى النواة بشكل أسرع من الجسيمات الأبعد، كما هو موضح بالأسهم الحمراء.
يؤدي اختلاف سرعة دوران المادة في المدار في النهاية إلى تشكيلها حلقة.

في علم الميكانيكا السماوية ، يُعرف حد روش ، أو نصف قطر روش ، بأنه المسافة من جرم سماوي يبدأ عندها جرم سماوي آخر، متماسك بفعل جاذبيته فقط ، بالتفكك لأن قوى المد والجزر للجرم الأول تتجاوز جاذبيته الذاتية . [ 1 ] داخل حد روش، تتشتت المادة الدائرة وتشكل حلقات ، بينما خارجه تميل المادة إلى التكتل . يعتمد نصف قطر روش على نصف قطر الجرم الثاني وعلى نسبة كثافة الجرمين.

وقد سمي المصطلح على اسم إدوارد روش ( بالفرنسية: [ ʁɔʃ ] ، بالإنجليزية: / rɒʃ / ROSH ) ، وهو عالم الفلك الفرنسي الذي قام بحساب هذا الحد النظري لأول مرة في عام 1848. [ 2 ]

توضيح

تفكك المذنب شوميكر-ليفي 9 بفعل قوى المد والجزر لكوكب المشتري إلى سلسلة من الأجسام الأصغر في عام 1992، قبل أن يصطدم بالكوكب في عام 1994.

ينطبق حد روش عادةً على تفكك القمر الصناعي نتيجةً لقوى المد والجزر الناجمة عن جسمه الرئيسي ، وهو الجسم الذي يدور حوله . تنجذب أجزاء القمر الصناعي الأقرب إلى الجسم الرئيسي بقوة أكبر بفعل جاذبيته مقارنةً بالأجزاء الأبعد؛ هذا التفاوت يفصل فعليًا بين الأجزاء القريبة والبعيدة من القمر الصناعي، وإذا كان هذا التفاوت (بالإضافة إلى أي تأثيرات طرد مركزي ناتجة عن دوران الجسم) أكبر من قوة الجاذبية التي تُبقي القمر الصناعي متماسكًا، فإنه قد يتفكك. بعض الأقمار الصناعية الحقيقية، الطبيعية منها والاصطناعية ، يمكنها الدوران ضمن حدود روش الخاصة بها لأنها متماسكة بقوى أخرى غير الجاذبية. الأجسام الموجودة على سطح مثل هذا القمر الصناعي ستُرفع بعيدًا بفعل قوى المد والجزر. أما القمر الصناعي الأضعف، كالمذنب ، فقد يتفكك عند مروره ضمن حدود روش الخاصة به.

بما أن قوى المد والجزر، ضمن حدود روش، تتغلب على قوى الجاذبية التي قد تُبقي القمر متماسكًا، فلا يمكن لأي قمر أن يتجمع بفعل الجاذبية من جزيئات أصغر ضمن هذه الحدود. في الواقع، تقع جميع حلقات الكواكب المعروفة تقريبًا ضمن حدود روش. (ومن الاستثناءات البارزة حلقة فويب لكوكب زحل ، التي تشكلت من جزيئات انطلقت من قمري إنسيلادوس وفويب نتيجةً لانبعاثات بركانية جليدية ، وحلقة إي لكوكب زحل ، التي نتجت عن اصطدامات النيازك) .

إن التأثير الجاذبي الذي يحدث دون حد روش ليس العامل الوحيد الذي يتسبب في تفكك المذنبات. فالانقسام الناتج عن الإجهاد الحراري ، وضغط الغاز الداخلي ، والانقسام الدوراني هي طرق أخرى لانقسام المذنب تحت الضغط.

عزيمة

تعتمد المسافة القصوى التي يمكن أن يقترب منها القمر الصناعي دون أن يتفكك على صلابته. ففي حالة الصلابة التامة، يحافظ القمر الصناعي على شكله حتى تكسره قوى المد والجزر. أما في حالة السيولة العالية، فيتشوه القمر الصناعي تدريجيًا، مما يؤدي إلى زيادة قوى المد والجزر، فيتمدد، ويزيد من تأثير قوى المد والجزر، مما يجعله أكثر عرضة للتفكك.

تقع معظم الأقمار الصناعية الحقيقية في مكان ما بين هذين النقيضين، حيث تجعلها قوة الشد ليست صلبة تمامًا ولا سائلة تمامًا. على سبيل المثال، يتصرف الكويكب المتكون من حطام بركاني أشبه بالسائل منه بالكويكب الصخري الصلب؛ ويتصرف الجسم الجليدي بصلابة تامة في البداية، لكنه يصبح أكثر سيولة مع تراكم الحرارة الناتجة عن المد والجزر وبدء ذوبان جليده.

لكن تجدر الإشارة إلى أن حد روش، كما هو مُعرّف أعلاه، يشير إلى جسم متماسك بفعل قوى الجاذبية فقط، والتي تتسبب في اندماج الجسيمات غير المتصلة، مُشكّلةً بذلك الجسم المعني. ويُحسب حد روش عادةً في حالة المدار الدائري، مع أنه من السهل تعديل الحساب ليُطبّق على حالة (على سبيل المثال) مرور جسم بالجسم الرئيسي في مسار مكافئ أو زائدي.

الأقمار الصناعية الصلبة

يُعدّ حد روش للأجسام الصلبة حسابًا مبسطًا لقمر صناعي كروي . يتم فيه إهمال الأشكال غير المنتظمة، مثل تلك الناتجة عن تشوه المد والجزر على الجسم أو المدار الرئيسي الذي يدور فيه. ويُفترض أن يكون القمر في حالة توازن هيدروستاتيكي . هذه الافتراضات، على الرغم من كونها غير واقعية، تُبسط الحسابات بشكل كبير.

الحد الأقصى الذي حددته شركة روش للقمر الصناعي الكروي الصلب هو المسافة،د{\displaystyle d}، من النقطة الأساسية التي تكون عندها قوة الجاذبية المؤثرة على كتلة اختبار على سطح الجسم مساوية تمامًا لقوة المد والجزر التي تسحب الكتلة بعيدًا عن الجسم: [ 3 ] [ 4 ]

د=Rم(2ρمρم)13{\displaystyle d=R_{M}\left(2{\frac {\rho _{M}}{\rho _{m}}}\right)^{\frac {1}{3}}}

أينRم{\displaystyle R_{M}}يمثل نصف قطر الجسم الأساسي،ρم{\displaystyle \rho _{M}}هي كثافة النواة الأولية، وρم{\displaystyle \rho _{m}}هي كثافة القمر الصناعي.

يمثل هذا المسافة المدارية التي يتم فيها سحب المواد السائبة (مثل التربة السطحية ) على سطح القمر الصناعي الأقرب إلى القمر الرئيسي، وبالمثل فإن المواد الموجودة على الجانب المقابل للقمر الرئيسي ستبتعد أيضًا عن القمر الصناعي بدلاً من أن تتجه نحوه.

بما أن الحد يعتمد فقط على الكثافة، فهذا يعني أن القمر الصناعي سيتمزق بالكامل إذا كان يتكون من غبار سائب أو صخور منفصلة مرتبطة فقط بالجاذبية.

الأقمار الصناعية السائلة

يأخذ النهج الأكثر دقة لحساب حد روش في الاعتبار تشوه القمر الصناعي. ومن الأمثلة المتطرفة على ذلك قمر صناعي سائل مقيد مدّياً يدور حول كوكب، حيث أن أي قوة تؤثر على القمر الصناعي ستشوهه ليصبح كروياً متطاولاً .

الحساب معقد ولا يمكن تمثيل نتيجته بصيغة جبرية دقيقة. وقد استنتج روش نفسه الحل التقريبي التالي لنهاية روش:

د≈2.44 R(ρمρم)1/3{\displaystyle d\approx 2.44\ R\left({\frac {\rho _{M}}{\rho _{m}}}\right)^{1/3}}

ومع ذلك، فإن التقريب الأفضل الذي يأخذ في الاعتبار تفلطح الجسم الرئيسي وكتلة القمر الصناعي هو:

د≈2.423 R(ρمρم)1/3((1+م3م)+ج3R(1+مم)1-ج/R)1/3{\displaystyle d\approx 2.423\ R\left({\frac {\rho _{M}}{\rho _{m}}}\right)^{1/3}\left({\frac {(1+{\frac {m}{3M}})+{\frac {c}{3R}}(1+{\frac {m}{M}})}{1-c/R}}\right)^{1/3}}

أينج/R{\displaystyle c/R}هو تفلطح الأصل.

يُعدّ المحلول السائل مناسبًا للأجرام السماوية ذات التماسك الضعيف، كالمذنبات. فعلى سبيل المثال، مرّ مدار المذنب شوميكر-ليفي 9 المتلاشي حول كوكب المشتري ضمن حدود روش في يوليو 1992، مما أدى إلى تفتته إلى عدد من القطع الصغيرة. وفي اقترابه التالي عام 1994، اصطدمت هذه القطع بالكوكب. رُصد المذنب شوميكر-ليفي 9 لأول مرة عام 1993، لكن مداره أشار إلى أنه كان قد وقع في قبضة المشتري قبل ذلك ببضعة عقود. [ 5 ]

التعديلات والاستثناءات الحديثة على حد روش

أدت دراسة أجريت عام 2023 لحلقات كواوار إلى دعوة لمراجعة بعض الافتراضات الشائعة حول حد روش. وشملت المراصد والتلسكوبات المستخدمة في دراسة بيانات الاحتجاب: CHEOPS ، ومعهد الفيزياء الفلكية لجزر الكناري ، ونظام التصوير المجسم عالي الطاقة في خماس - ناميبيا، ومرصد ريدي كريك . : 239 [ 6 ]

يفترض حد روش الكلاسيكي أن الجسيمات ستتراكم عمومًا بعد هذا الحد على شكل أقمار صناعية، وهي أجسام كروية كبيرة، وليس على شكل حلقات، حيث تكون جاذبية النجم الأم أقل، لكن حلقات كواوار موجودة على مسافة تقارب 7.4 أضعاف نصف قطر الكوكب، أي أبعد بكثير من حد روش الذي يُفترض أن تكون الحلقات قادرة على التواجد عنده. : 239 [ 6 ]

قد يكون أحد التفسيرات المحتملة لعدم تراكم نظام الحلقات إلى أقمار صناعية هو تركيبه. ستكون الجسيمات الجليدية شديدة المرونة ؛ وبالتالي، فإن التصادمات بينها ستؤدي إلى سرعات أعلى، مما يخلق حالة طاقة أكثر ديناميكية من الحالة الأكثر سكونًا التي يفترضها حد روش. : 242 [ 6 ]

ثمة تفسير محتمل آخر لوجود الحلقات خارج حد روش، وهو الشكل غير المتناظر لكوكب كواوار نفسه. يُولّد هذا الشكل قوى جاذبية غير متناسقة. ففي الوقت الذي يستغرقه كواوار لإكمال دورة كاملة حول محوره، تُكمل حلقاته ثلث دورة. وهذا يُنشئ رنينًا مداريًا بنسبة 1:3 ، حيث تُحافظ الجسيمات على حالة استقرار عالية الطاقة، ويُمنعها من التكتل في كتل أكبر. : 241 [ 6 ]

بينما يفترض حد روش الاعتماد على قوى المد والجزر، فإن دراسة كواوار تفترض وجود طاقة كامنة ديناميكية داخل حلقة يتم تحديدها من خلال المرونة التركيبية والرنين المداري.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ وايسشتاين، إريك و. (2007). "عالم إريك وايسشتاين للفيزياء  - حد روش" . scienceworld.wolfram.com . تم الاطلاع عليه في 5 سبتمبر 2007 .
  2. ↑ ناسا. "ما هو حد روش؟" . ناسا - مختبر الدفع النفاث. مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2009. تم الاسترجاع في 5 سبتمبر 2007 . 
  3. ↑ انظر الحساب في كتاب فرانك هـ. شو، الكون المادي: مقدمة في علم الفلك، صفحة 431، منشورات جامعة العلوم (1982)، رقم ISBN 0-935702-05-9.
  4. ↑ "حد روش: لماذا تتفكك المذنبات؟" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 مايو 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أغسطس 2012 .
  5. ↑ مؤتمر الجمعية الدولية للقبة السماوية، قبة ومرصد رواد الفضاء التذكاري، كوكو، فلوريدا، روب لانديس، 10-16 يوليو 1994، أرشيف 21/12/1996
  6. 1 2 3 4 مورجادو , BE; سيكاردي، ب. براغا ريباس، ف.؛ أورتيز، جي إل؛ سالو، ل.؛ فاشير، ف؛ ديسمارس، J.؛ بيريرا، CL؛ سانتوس سانز، ب. صفير، ر. دي سانتانا، T .؛ عسافين، د.؛ فييرا مارتينز، ر.؛ جوميز جونيور , AR; مارغوتي، ج. ديلون، VS. فرنانديز فالينزويلا، إي؛ بروتون، J .؛ وآخرون . (8 فبراير 2023). "حلقة كثيفة من الجسم العابر للنبتون Quaoar خارج حد روش" . طبيعة . 614 (7947): 239–243 . بيب كود : 2023Natur.614..239M . doi : 10.1038/s41586-022-05629-6 . hdl : 10261/318393 . تاريخ الاسترجاع: 12 فبراير 2026 . 

مصادر