不然会怎样呢?看看可怜的木卫一就知道了

今天跟大家聊聊潮汐瓦解。说起潮汐瓦解,即便对这个领域不熟悉,光听名字应该也能猜个大概。提到潮汐,八成就跟潮汐作用有关,而瓦解,就是碎了。只是还不清楚这里面谁是那个稀碎的倒霉蛋。下面我就来给大家隆重介绍一下吧。

先从我们熟悉的开始吧。提到潮汐,大家第一反应可能就是我们熟悉的潮涨潮落。作为一个普通的小破球,我们的地球同时受到了来自其它天体的引力。我们知道,引力是随着距离平方衰减的,距离越远,引力越弱。那么以月亮为例,由于地球是个球体,地球上距离月亮较近的一部分地区和较远的地区相比,它们受到月亮的引力作用大小是有区别的。这样不同地区受到的引力也就有所不同。本来呢,如果地球整个就是一个结实的大秤砣,这点引力的差别可能也翻不出什么大浪。可偏偏地球上大半地区都被流动性很好的海水覆盖。于是就热闹了,随着地球自转,海水会随着受力的不同而发生涨落,也就是我们看到的潮涨潮落。在太阳系中,对地球有明显潮汐作用的天体就是太阳和月亮。太阳质量大,但离我们较远,月亮质量小但离得近。把两个小伙伴凑到一块比比贡献,会发现倒是月亮的影响大一点。

你可能会觉得,潮汐作用除了偶尔把一些船和海洋生物拍在沙滩上,倒也算不上穷凶极恶。况且它还为我们这个世界带来了富有诗意的变化,让我们的生活不那么单调,似乎也还挺不错的。然而,恐怕那仅仅是因为我们命好:月亮的质量比较小,距离我们也足够远。不然会怎样呢?看看可怜的木卫一就知道了。这个倒霉蛋和太阳系里最大的行星——木星做邻居,而且是离得特别近的那种。结果因为严重的潮汐作用,这个只比月球稍大一点的卫星被木星按在地上反复摩擦,不争气地被揉搓成了个椭球。而且由于潮汐作用实在太强,木卫一内部受到了严重的拉扯,产生了大量的热量,从而导致它上面有四百多座活火山。火山活动频繁到在它上面几乎找不到布满月球的陨石坑,因为刚撞击出来的陨石坑很快就会被火山喷发出来的物质给抹得一干二净,活脱脱是个地狱的样子(见图1)。

所以说,潮汐作用也可以有很强的破坏力。那么如果情况再极端一点呢?为了让我们的讨论向主流天文科普文章看齐,有必要请出广大人民群众熟悉的老朋友——黑洞。大家或多或少都听说过它的一些传说,这是一类非常极端的天体,任何落入黑洞的物质都没法再回头。假如我们的太阳变成了一个黑洞(当然从恒星演化的角度看实际上是不可能的),而地球又好死不死地跑到了离黑洞很近的地方,那么黑洞附近的潮汐作用是完全有可能把地球撕得稀碎的。只不过,这个要命的距离需要非常非常近,近到实际上只有太阳半径的一半多一点。这么近的距离当然是不太可能实现的。但是,宇宙那么大,什么鸟没有啊。类似的事情,换个环境就未必不可能了。

我们在很多星系中心都发现了超大质量黑洞存在的证据。比如我们的银河系中心就有一个大概四百万倍太阳质量的黑洞。而银河系中心又有很多恒星扎堆。如果有一颗恒星跑去招惹中心黑洞,那么前面假设的那一幕惨剧也是有可能重现的。举例来说,如果我们的太阳跑到了银河系中心去串门,一不小心和超大质量黑洞靠得太近了,那么黑洞的潮汐作用就可能把太阳撕得粉碎。只不过这次的致命距离可要大得多了——大概要十分之一的日地距离。这就是我们今天要聊的潮汐瓦解过程。

天文学家们为什么会对这种事情感兴趣呢?这恐怕要从上世纪五六十年代说起了。当时,人们陆陆续续发现了很多奇怪的天体。这些天体虽然看起来就是一个和恒星一样的小亮点,但亮度却可以达到普通星系的上百倍。也就是说,这些天体距离我们非常遥远。显然,出于某种未知的机制,它们产生了非常巨大的辐射。我们管这类天体叫类星体。随之而来的一个问题就是,这些天体释放的能量是从哪里来的呢?人们就提出了各种模型,其中一个被广为接受的模型就是类星体的中心引擎是一个在吞噬周围物质的超大质量黑洞。这个理论从机制上解释了能量的来源,但人们当时却并不清楚那些被吞噬的物质是从哪来的。要知道,由于角动量的存在,物质落到黑洞里这种事其实并不像科幻电影里那么容易。实际上,落进去比在外面闲逛要难多了。为了解决这个问题,美国天文学家Hills在1975年提出了一种看上去还挺靠谱的机制,就是我们前面提到的潮汐瓦解。只要不停地有恒星被中心黑洞潮汐瓦解,类星体的能量来源就不是问题。于是在七十年代末到八十年代初,天文学家们做了很多工作来估算这类事件发生的概率,想看看潮汐瓦解能不能为类星体提供足够的能量供给。然而,经过大量的工作,他们意识到这类事件发生的几率实在太低了。对于一个星系,可能要等几万到几百万年才会有一次潮汐瓦解事件。为什么会这么低呢?简单说来,要让一颗恒星掉到黑洞附近被瓦解,难度相当于你随手扔个玻璃球,要让它落在数千公里外的一个一米见方的沙坑里。要不是星系中心有很多的恒星,这样的事件恐怕等到天荒地老也等不到。显然,对于一个星系中心的超大质量黑洞来说,潮汐瓦解顶多也就算是饭后甜点,主粮还得去其它地方找。意识到这一点后,对潮汐瓦解的研究也相对沉寂了几年。

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