洛希极限的公式推导如下:
假设条件
两个天体之间的质量差距非常大。
物体仅由万有引力凝聚而成。
忽略其他因素如潮汐变形及自转。
公式推导
对于一个完全刚体、圆球形的卫星,假设其物质都是因为引力才合在一起的,且所环绕的行星亦是圆球形。
考虑卫星表面的最接近行星的细质量,有两股力作用在上:卫星的引力和行星的引力。
基于卫星在行星引力场内自由降落,潮汐力不过是行星引力同义词。
设卫星和行星中心的距离为 $r$,行星半径为 $R$,行星作用在卫星上的引力为 $F_G$,卫星和行星的密度分别为 $\rho_M$ 和 $\rho_m$。
刚体洛希极限公式
$$
d = R \left( \frac{\rho_M}{\rho_m} \right)^{\frac{1}{3}}
$$
流体洛希极限公式
如果被撕碎物体为气体、液体或者非常松散的固体,这个倍数就是 2.455。
如果被撕碎物体是很坚硬的固体,这个倍数就是 1.26。
推导过程
假设卫星刚好在洛希极限,即 $r = d$。
由此即可计出洛希极限的距离 $d$。
考虑潮汐力
对于流体卫星,潮汐力会拉长它,令它变得更易碎裂。
由于有黏度、摩擦力、化学键等影响,大部分卫星都不是完全流体或刚体,其洛希极限都在这两个界限之间。
综上所述,洛希极限的公式推导主要基于万有引力定律和潮汐力的影响。对于刚体卫星,洛希极限的距离 $d$ 可以通过公式 $d = R \left( \frac{\rho_M}{\rho_m} \right)^{\frac{1}{3}}$ 计算得到。对于流体卫星,洛希极限的距离则需要考虑潮汐力的影响,使用不同的倍数进行计算。