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幔游”课题组

"Rocking Mantle" Group





日月引力所带来的潮汐

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我国古代,把发生在白昼的海水涨落称为“潮”;把发生在夜间的海水涨落称为“汐”,合称“潮汐”。我国古代的先民已察觉到潮汐同月球有关系,因而古语曰:“涛之起也,随月盛衰”。我国古代地理著作《山海经》中已提到潮汐与月球的关系,但是直到牛顿发现了万有引力定律,拉普拉斯才从数学上证明潮汐现象确实是由太阳和月亮、主要是月亮的引力造成的。


而现在对于月球潮汐的定义是:由月球的吸引力造成的。 潮汐是海水周期性涨落现象,因白天为朝,夜晚为夕,所以把白天出现的海水涨落称为“潮”,夜晚出现的海水涨落称为“汐”。对于潮汐的原理来讲,万有引力定律表明引力的大小和两个物体质量的乘积成正比,和它们之间的距离平方成反比。太阳对地球的引力比月球对地球的引力要强大得多,但太阳的引潮力却不到月球的二分之一。这是怎么回事呢?


原来引起海水落的引潮力(或称起潮力)虽然起因是太阳和月球的引力,但却又不是太阳和月球的绝对引力,而是被吸引物体所受到的引力和地心所受到的引力之差。引潮力和引潮天体的质量成正比,和该天体到地球的距离的立方成反比。因为太阳的质量约是月球质量的2710万倍,而日地间的平均距离约是月地间平均距离的389倍,所以月球的引潮力约是太阳的引潮力的2.17倍,因而从力学上证明潮汐确实主要由月球引起。打个比喻,如果某地潮水最高时有10米高,差不多7米是月球造成的,太阳的贡献只有3米,其他行星不足0.6毫米。如图所示


此时,你就应该发现在之前的叙述中,出现了太阳潮汐这一词。实际上潮汐的影响因素有两个,一个是月球潮汐,而另一个就是太阳潮汐。太阳的引潮力虽然不算太大,但能影响潮汐的大小。有时它和月球形成合力,相得益彰,有时是斥力,相互牵制抵消。在新月或满月时,太阳和月球在同一方向或正相反方向施加引力,产生高潮;但在上弦或下弦时,月球的引力作用对抗太阳的引力作用,产主低潮。其周期约半月。从一年看来,也同样有高低潮两次。春分和秋分时,如果地球、月球和太阳几乎在同一平面上,这时引潮力比其他各月都大,造成一年中春、秋两次高潮。此外,潮汐与月球和太阳离地球的远近也有关系。月球的公转轨道是个椭圆,大约每27.55天靠近地球和远离地球一次,近地潮要比远地潮大39%,当近地潮与高潮重合时,潮差特别大,若远地潮与低潮重合时,潮差就特别小。地球围绕太阳的公转轨道也是椭圆,在近日点太阳引力大,潮汐强,远日点,引力小,潮汐弱。

从一天看来,因地球自转和月球公转,潮汐波由东向西,沿周日运动的方向传播,一次潮汐涨落经历的时间是半个太阴日,即12小时25分,也就是所谓的半日潮,生活在海边上的人,每天都可以看到海水有规律地升落两次。白居易“早潮才落晚潮来,一月周流六十回”的佳句便打此而来。


实际的潮汐还会受地理环境、海岸位置、洋流运动等诸多因素的制约。以钱塘江潮为例,我们知道,钱塘江口的杭州湾呈喇叭口状,越往里越窄,加之涨潮时带进的泥沙淤积在江底形成沙坎,从而造成潮势汹涌澎湃。


同时,月球引力潮不仅会造成海潮,还会造成大气潮。我们无法进行察觉,除此之外,引潮力还会使地球的本体,包括地表(大陆和洋底以下各部分)产生潮汐,这种潮汐称为固体潮,固体潮引起地表的起伏很小,只有用精密的仪器才能测出来,这可能对地球的引力场有细微影响。地球内部有一部分是液态的,因此那里也会产生潮汐,有人认为地球内部的潮汐是诱发地震的原因之一。