【新文章】潮汐的成因是什麼？

相信大家都知道「潮汐是因為靠近月球一邊的海水受月球的重力影響強過另一邊，因此兩邊的海水就會『凸起』，由細地球每天自轉一次所以每天有兩次潮汐。」對吧？

相信差不多每個人都這樣聽說過。因為這很合理，曾經或仍然相信這個解釋。並在其他人問起的時候相信也這樣回答過。其實，這．解．釋．是．錯．的！

老師們不用道歉或對「教錯」學生有任何內疚。在科學中有很多這類例子，非常符合科學原理的「常識」，原來是錯的！有時，甚至是科學家也會誤以為正確。在我們潮汐的這個例子，即使是天文學家和天體物理學家也曾出錯，包括我、亦包括令我知道真正原因的天體物理學家亦直認不諱。

這是更新知識的過程，也是科學存在的意義。

那麼，究竟潮汐的真正成因是什麼？毫無疑問，必定與月球（以及太陽）的施加在地球上的重力有關。但其實主因是由重力形成的橫向壓力。

想像一滴靠近月球的水。因為比地球中心更接近月球，它感受到的月球重力，比地球感受到的月球重力更強。因此，比起地球本身，它應該會感受到一個更快向月球加速的加速度，這就是所謂的潮汐加速度（tidal acceleration）。順帶一提，因此而造成的潮汐力（tidal force）與離心力一樣是慣性力，並非真實存在的力，而是選擇了非慣性參考系的結果。

總而言之，這個潮汐力在地球角度看，應該會使海水升起吧？理論上是會的，但這與潮汐卻沒有關係。牛頓力學告訴我們，一個物體被重力所加速，與物體本身的質量無關。如果海水能被潮汐力拉向月球的話，那麼河流、湖泊，甚至桌面上的一杯水，都應該會每天潮汐兩次，而且一切並非固定在地殼上的物件，包括沙石、動植物，以及你和我，都應該會每天兩次「被升起」啊！

哇，這麼恐怖的事，幸好不會發生。事實上，月球引起的潮汐力比地球重力弱了一千萬倍，而由太陽引起的潮汐力更只有月球的三分之一。

我們應考慮的不是在地月連線之上的水，反而是在與地月連線成90度的位置的水。在圖二裡標示了月球施加在地球上不同位置的水的潮汐力方向。在地月連線以外的水的受力的方向大多是沿地球圓周切線方向的，這就會對海洋造成一個向著地月連線推擠的壓力，因而令靠近月球和遠離月球這兩側的海洋向上「拱起」，這才是潮汐的真正成因。

這也解釋了為什麼我們只會在海洋裡觀察到潮汐，在河川湖泊裡則不然，因為只有海洋這麼大面積的壓力疊加起來才足以造成明顯的潮汐效應。

太好了，馬桶咖啡也不會因此而滿瀉。

後記：感謝讀者 Simon Ching 和 Zion Wong 的提問：為何較大質量的物體不會以更大的加速度加速，所以只有海洋如此大質量的水才會發生潮汐？答案是重力加速度與受力物體的質量無關。利用微擾法可由重力加速度得出潮汐力加速度，同樣與受力物體的質量無關。因此，較大質量的物體會感受到較大的潮汐力、較小質量的物體會感受到較小的潮汐力，然而兩者加速度皆相同。所以，質量不同並非潮汐形成的原因。

我就知道外星人也是喜歡橘色的nittaku！
紮實有彈性，久了會自爆，黑洞無誤！

人類史上第一張超大質量黑洞成像
The first image of a black hole in human history!


　　
(Photo credit: EHT Collaboration)　
　　
　　
　　

#中央研究院 #Academiasinica #EHT #blackhole #universe
　　
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【謝謝持續探索宇宙秘密的研究人員及團隊成員】

賀曾樸博士 (中研院院士及天文所特聘研究員)
井上允博士 (中研院天文所訪問學者及前特聘研究員、EHT董事）
浅田圭一博士 (中研院副研究員)
中村雅德博士（客座專家）
Geoffrey Bower博士 (中研院兼任研究員及研究科學家、EHT科學委員會成員）

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📡事件視界望遠鏡(EHT)是什麼？
ＥＨＴ係由 #8座散落全球各地的電波望遠鏡陣列組成，形成與地球一樣大的虛擬陣列望遠鏡，其中有 #3座（SMA、ALMA、JCMT）是由中研院支援。主要目標為成像黑洞的邊界（事件視界）。解析度高達 #20微角秒，相當於在巴黎咖啡館遠距閱讀一份在紐約的報紙。

📡哪八座望遠鏡？
#ALMA 阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡
#APEX 阿塔卡瑪探路者實驗
#IRAM 30米望遠鏡
#JCMT 詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡
#LMT 大型毫米波望遠鏡
#SMA 次毫米波陣列望遠鏡
#ARO 次毫米波望遠鏡
#SPT 南極望遠鏡

📡黑洞這麼黑，怎麼拍?
的確，黑洞是極度壓縮的全暗物體，無法直接被拍攝，因此我們拍到的並非傳統攝影影像，而是 #黑洞陰影的成像。成像藉由8座望遠鏡的特長基線干涉技術觀測，收集波長1.3毫米的電波訊號，每座望遠鏡每日產生350TB數據，再送至高度特製化超級電腦計算處理。

📡黑洞在哪裡？
此次成像的黑洞位於 #M87星系 中心，與地球相距5,500萬光年，質量為太陽的65億倍。

📡從EHT觀察中可以學到什麼？
許多天文觀測已有充分間接證據證明黑洞存在，但目前為止，從未直接觀察到距離黑洞非常近的地方，即接近事件視界之處，EHT可以填補我們經驗知識中這部分的空白。

📡與愛因斯坦的關係？
今年適逢日全食實驗印證廣義相對論滿100周年，愛因斯坦廣義相對論曾預測黑洞陰影，但過去從未有人見過。此次EHT也派員前往世界最高、最邊境的電波望遠鏡站點，再度檢驗人類對重力的理解。也是＃對廣義相對論最終的科學驗證。

📡為什麼研究黑洞很重要？
目前還不了解如何創建普遍而單一的物理理論，可解釋黑洞物理學。此外，黑洞周圍的電漿物理學也還有許多細節未能完全理解。因此，除了解釋廣義相對論和量子物理在黑洞的直接接觸外，EHT的觀測將幫助我們更好地了解黑洞周圍的熱氣體及其產生的輻射的發光電漿的性質和行為。

📡臺灣(中研院)的貢獻與下一步
EHT的合作計劃共有來自世界各地200多位研究人員參與。中研院天文學家長期投入對黑洞的研究，參與 EHT 的觀測工作已經歷數年的時間。中研院除了參與8座中的3座觀測站，我們最新在北極建造的「格陵蘭望遠鏡」 已經在 2018 加入 EHT的觀測。目前觀測資料正在處理當中。我們預期由於格陵蘭望遠鏡的加入，EHT 的解析能力將最多可以提高到10倍。

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#自然最美
#歡迎分享
#不是全黑的照片啦
#你的網速沒變慢
#請註明圖片來源EHTCollaboration

更多問題歡迎在留言區留言👇

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⭐補充資料：

黑洞問與答 https://reurl.cc/W0n7x

事件視界望遠鏡計畫（EHT）https://eventhorizontelescope.org/

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沒跟到直播，可以到中研院Youtube看重播
https://www.youtube.com/channel/UCPk594oZYMU4Eak7By5wHyQ

更多後續消息請鎖定中研院ＩＧ
https://www.instagram.com/academiasinica_official/

是黑洞！！

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