[科普中國(guó)]-星系潮汐

星系潮汐是受到星系，像是銀河系，的引力場(chǎng)支配的潮汐力。與星系潮汐有特定關(guān)系的領(lǐng)域包括星系碰撞、矮星系或衛(wèi)星星系的瓦解；受到銀河系潮汐影響的有太陽(yáng)系的歐特云。

簡(jiǎn)介星系潮汐是受到星系，像是銀河系，的引力場(chǎng)支配的潮汐力。與星系潮汐有特定關(guān)系的領(lǐng)域包括星系碰撞、矮星系或衛(wèi)星星系的瓦解；受到銀河系潮汐影響的有太陽(yáng)系的歐特云。1

起源當(dāng)一個(gè)天體位在大質(zhì)量天體（黃色天體）的引力場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到潮汐力而扭曲。根據(jù)牛頓萬(wàn)有引力定律，引力隨著距離的減少而增加。任何接近物體A的另一個(gè)物體B，越接近則A受到B的引力影響越強(qiáng)烈。這對(duì)物體不同的部分也是正確的，A的表面受到B的吸引會(huì)比A的核心強(qiáng)烈。當(dāng)其它物體的引力特別強(qiáng)時(shí)，這將導(dǎo)致較小的物體表面和核心的距離被拉開(kāi)，并且該物體會(huì)朝較大物體的方向趨于平坦。大的物體也有相同的效應(yīng)，但因?yàn)樾∥矬w的引力較弱，它的畸變也比較小。以術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，平衡的小物體形狀會(huì)有最小的引力勢(shì)能。在空無(wú)一物的空間，這會(huì)是一個(gè)球體。然而，在附近有大型物體時(shí)，最小勢(shì)能的形狀是在這兩物體軸心連線方向上拉長(zhǎng)的卵形。

例如，地球上的潮汐是由月球和太陽(yáng)的引力場(chǎng)對(duì)地球造成的畸變引起。在這種情況下，地球的自轉(zhuǎn)緩慢得足以重塑其形狀，保持其扭曲面朝向太陽(yáng)和月球的方向。從在地球表面上的人來(lái)看，每個(gè)地點(diǎn)一天大約會(huì)經(jīng)歷兩次長(zhǎng)軸方向變形的漲潮。因?yàn)榈厍蛳鄬?duì)于太陽(yáng)和月球的方向不斷的改變，潮汐效應(yīng)會(huì)有不同程度的相互加強(qiáng)或抵消。1

外部星系的效應(yīng)主條目：交互作用星系

星系碰撞潮汐力依賴的是引力場(chǎng)的梯度，而不是引力場(chǎng)的大小，所以潮汐的影響通常僅限于一個(gè)星系周圍的環(huán)境。兩個(gè)星系發(fā)生碰撞或近距離的擦身而過(guò)會(huì)引發(fā)強(qiáng)大的潮汐力，往往造成激烈的星系潮汐活動(dòng)，展示強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊。

交互作用星系通常不會(huì)是迎頭（如果有）撞擊，并且潮汐力會(huì)大致沿著座標(biāo)軸的指向方向扭曲，并且遠(yuǎn)離它的攝動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)星系的軌道相互接近時(shí)，這些受擾動(dòng)的區(qū)域會(huì)被從每個(gè)星系的主體機(jī)構(gòu)拉出，并且因?yàn)檩^差自轉(zhuǎn)而被剪斷和甩入星際空間，形成潮汐尾。這種尾通常都有明顯的彎曲，而感覺(jué)是直的可能是從側(cè)面觀察的緣故。從星系盤（或其它的部分）拉出的恒星和氣體組成的尾，通常會(huì)造成盤面一側(cè)或兩邊（另一端）的扭曲，而不是引力束縛的星系中心。雙鼠星系和觸須星系是碰撞產(chǎn)生潮汐尾的兩個(gè)很突出的例子。

正如月球引發(fā)地球兩側(cè)海水的潮汐，所以星系潮汐也會(huì)在它的星系伴侶兩側(cè)產(chǎn)生潮汐臂。當(dāng)巨大潮汐尾的形成，如果形成攝動(dòng)的星系和被攝動(dòng)的伙伴星系一樣大或小一點(diǎn)，那么前端的臂會(huì)比遠(yuǎn)端的臂大些。如果更為突出，將會(huì)被稱為橋。潮汐橋和潮汐尾通常很難區(qū)分：首先，橋可能被經(jīng)過(guò)的星系吸收，或因而產(chǎn)生星系的合并，使它比典型可見(jiàn)的大型潮汐尾短。其次，如果兩個(gè)星系是一個(gè)在前，一個(gè)在后，它們之間的橋可能會(huì)有部分被遮蔽。結(jié)合這兩種效應(yīng)，會(huì)很難區(qū)分一個(gè)星系在何處結(jié)束，而另一個(gè)星系從何處開(kāi)始。潮汐循環(huán)是潮汐尾的兩端都與母星系匯合，這就更為罕見(jiàn)。1

衛(wèi)星星系的交互作用因?yàn)榫o鄰星系的強(qiáng)大潮汐力，衛(wèi)星星系特別容易受到影響。這種外力可以使衛(wèi)星星系內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)重新排列，導(dǎo)致觀測(cè)上的巨大效應(yīng)：矮衛(wèi)星星系內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)可能受到嚴(yán)重的星系潮汐（如同地球上海洋的潮汐），誘導(dǎo)出異常的旋轉(zhuǎn)或質(zhì)-光比衛(wèi)星星系也可以發(fā)生如同受到星系碰撞的潮汐剝奪，恒星和氣體被從星系的末端剝離，并可能被它的伙伴吸收。矮星系M32，仙女座星系的衛(wèi)星星系，可能就因?yàn)槌毕珓冸x失去了螺旋臂，而殘余核心的高恒星形成率可能是潮汐引起剩余分子云運(yùn)動(dòng)的結(jié)果（因?yàn)槌毕梢匀嗄蠛蛪嚎s星系內(nèi)部的星際氣體云，誘使小型衛(wèi)星星系形成大量的恒星。這個(gè)過(guò)程類似擠壓使物體被加熱一樣。）。

剝離的機(jī)制和兩個(gè)類似的星系是相同的。然而，其相對(duì)較弱的引力場(chǎng)可以確保只有衛(wèi)星星系受到影響，而宿主星系不會(huì)受到影響。如果衛(wèi)星星系遠(yuǎn)小于宿主星系，產(chǎn)生的潮汐尾碎片可能是對(duì)稱的，并遵循一個(gè)非常相似的軌道，有效地跟隨著衛(wèi)星星系的路徑。然而，如果衛(wèi)星星系有適度的大小 －－通常是超過(guò)宿主星系質(zhì)量的萬(wàn)分之一，那么衛(wèi)星星系自身的引力可能也會(huì)影響潮汐尾，打破潮汐尾在不同方向的對(duì)稱性和加速度。結(jié)果的結(jié)構(gòu)是依賴衛(wèi)星星系的軌道和質(zhì)量，以及猜測(cè)中環(huán)繞著宿主星系的星系暈質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，和可能提供一種像銀河系這種星系，有效探究暗物質(zhì)勢(shì)能的手段。

很多越過(guò)母星系的軌道，或是通過(guò)的軌道太接近，矮衛(wèi)星星系最終可能完全被摧毀，形成完全環(huán)繞著母星系的恒星和氣體潮汐流。這種在一些星系周圍擴(kuò)散的氣體盤，像是仙女座星系，可能是被潮汐完全摧毀（或之后被母星系并吞）的衛(wèi)星星系。1

對(duì)星系內(nèi)天體的效應(yīng)潮汐的影響目前也出現(xiàn)在銀河系中，它們的梯度可能是最陡的，其結(jié)果可以是恒星和行星系統(tǒng)的形成。通常，一顆恒星的引力在其系統(tǒng)內(nèi)是主導(dǎo)地位，只有其它恒星經(jīng)過(guò)附近時(shí)才會(huì)對(duì)其動(dòng)力學(xué)有所影響。然而，在系統(tǒng)的周邊，恒星的引力較弱，而銀河系的潮汐可能極大。在太陽(yáng)系，假設(shè)的歐特云，據(jù)信是長(zhǎng)周期彗星的來(lái)源，就在這種過(guò)渡區(qū)內(nèi)。

歐特云被認(rèn)為是太陽(yáng)系巨大的外殼，其半徑可能是1光年?？缭竭@樣大的距離，銀河系引力場(chǎng)梯度的作用更為明顯。由于這種梯度，銀河的潮汐可能使歐特云變形，而不再是球形。就像地球回應(yīng)月球的引力一樣，在銀河中心的方向上伸展，而在另外兩個(gè)軸的方向上產(chǎn)生擠壓。

在這樣遙遠(yuǎn)的距離上，太陽(yáng)的引力相對(duì)的微弱，只要有一點(diǎn)點(diǎn)來(lái)自銀河系的攝動(dòng)，可能就足以將一些拱點(diǎn)在這個(gè)距離上的星子驅(qū)離，或朝向太陽(yáng)和行星推進(jìn)。由巖石和冰的混合物組成的天體，在進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系時(shí)會(huì)因?yàn)樘?yáng)輻射的增加而成為一顆彗星。

據(jù)信星系潮汐對(duì)歐特云的形成也有所貢獻(xiàn)，通過(guò)潮汐增加了一些近日點(diǎn)較大的星子近日點(diǎn)。這表明星系潮汐的影響是相當(dāng)復(fù)雜的，并依賴一個(gè)行星系統(tǒng)內(nèi)個(gè)別物件的為。累積的影響可能相當(dāng)可觀，或許所有來(lái)自歐特云的彗星，高達(dá)90%可能是星系潮汐的結(jié)果。1

地球的效應(yīng)雖然理論上可以測(cè)得像其它潮汐造成的海平面變化，但星系潮汐對(duì)地球的影響可以忽略不計(jì)：如果太陽(yáng)的潮汐力是1，那么月球的是2，則銀河系的大約是10。因此，如果月球的潮汐力使海平面上升10米，銀河系的潮汐效應(yīng)會(huì)使海平面上升10皮米，小于一顆原子的大小。1

相關(guān)條目歐特云

洛希極限

衛(wèi)星星系

矮星系

交互作用星系

潮汐力

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊明 - 副教授 - 西南大學(xué)