為什麼海洋潮汐是由月球引力而不是太陽引力引發的?

2020-12-05 天文在線
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(上圖:兩周一次的大潮;下圖:兩周一次的小潮)

橙色區域為由太陽引起的海洋潮汐隆起,白色區域為由月亮引起的海洋潮汐隆起,實際潮汐是這兩部分之和。該示意圖未按真實大小和距離比例繪製。(公有領域圖像,作者:Christopher S. Baird.)

地球上的海潮是由月球的引力和太陽的引力共同引發的。一般來說並非太陽和月球引力的總強度引發了海潮,而是當它們作用在地球上時,不同點之間大小存在著差異(即產生了引力梯度),由此引發海潮。儘管太陽的體積比月球大得多、引力總和比月球的大,但是月球離地球近,所以其引力梯度比太陽的大。海水對引力梯度的效應就是海潮現象,因此月球在二者之間,對海潮的形成起到了更為重要的作用。不過由於太陽在整個地球上引力梯度非常明顯,所以太陽也影響了海潮的形成。

根據Kim Long 在其所著《月球之書(The Moon Book)》中的細節可以知道,我們在地球上經歷的海潮,與太陽和月球引力梯度的和有關。當太陽和月球在一條直線上或近似在一條直線上時,他們對地產生引力梯度的區域建設性地重合在了一起,引發了強潮(高潮更高,低潮更低,潮差較大),太陽和月球會在每兩周形成一次直線排列,時間在新月或滿月。

月球繞地球的公轉周期為一個月,所以強潮一個月出現兩次。當太陽和月球不在一條直線上時,他們的引力梯度會逐漸抵消,此時會發生弱潮(高潮不太高,低潮不太低,潮差較小)。當太陽和月球以地球為頂點形成一個直角時,由於月球的引力梯度比太陽的引力梯度大,此時會發生平潮。不過太陽的引力梯度永遠不會和月球的引力梯度完全抵消。

兩周一次的強潮被稱為「大潮/朔望潮(spring tides)」。儘管以單詞「spring」命名,大潮在一年中每個月都會發生。「spring tides」中的「spring」並不是指春季,而是其作為動詞時,在詞組中意為「猛漲」。這樣命名是因為強潮漲潮時會漲得比海岸還高。而兩周一次的弱潮則被稱為「小潮」。

太陽、月球與地球相關的位置只與兩周循環一次的大潮和小潮有關。平日裡潮汐高潮和低潮的現象卻不是由三者相對位置的變換產生的,而是由地球自轉直接產生的。由於地球繞地軸自轉需要一天的時間,所以高潮和低潮每天重複兩次。事實上海洋潮汐隆起的形式由太陽和月球固定,平日裡地球就在這種以固定形態隆起的海水下自轉。

地球在潮汐隆起下自轉,讓潮汐隆起出現橫掃地球的現象,就如同地球自轉讓太陽每天表現出東升西落的樣子。地球上不僅僅有一個潮汐隆起,而是有兩個,所以高潮和低潮的循環每天發生兩次。形成兩個潮汐隆起也是引力梯度而非引力總和引發潮汐的直接結果。兩周循環一次的大小潮和半天循環一次的高低潮可以由下表直觀地展示。要注意,由於不同的特定地點間水深、岸形、洋流等自然因素是不同的,所以實際潮汐的形式不同。

圖解:潮汐圖表-這張典型潮汐圖表展示了由於地球自轉而半天循環一次的高潮和低潮,以及太陽和月球在一條直線上時半個月循環一次的大潮和小潮。(公有領域圖像,作者:Nicky McLean)

(圖片:橫坐標:1991年9月1日0時起的時間,縱坐標:英尺,波形:潮水高度,Bridgeport CN, U.S.A)

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.wtamu

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  • 漲潮的原理真是引力嗎?為什麼引力更大的太陽不會引起潮汐?
    這才是地球潮汐的真實原因。漲潮不能簡單地用引力解釋,例如比月球引力更大的太陽,幾乎不會引起潮汐。引力的作用方式是均勻的,舉個例子說明:推動裝水的杯子,杯子中的水平面會變成斜面,因為作用力要通過杯子傳遞到水。如果是引力推動杯子,因為引力直接作用到水上,不需要傳遞,杯子中的水平面是不會變成斜面的。
  • 月球的引力會引起地球上的潮汐,那太陽也會嗎?
    誰說太陽不會引起地球上的潮汐?我們知道月球會引起地球上的潮汐,因此也算是一種自然現象,地球上出現的潮汐就是由地月吸引力引起的,地月吸引力使得地球巖石圈、水圈和大氣圈中會產生周期性的運動和變化,被稱為「潮汐」。然而,你知道嗎?距離地球遠得多的太陽也能對地球造成潮汐效應,許多人不明所以,太陽那麼遠怎麼會造成潮汐呢?而事實上太陽不僅影響地球的潮汐,它對潮汐的影響幾乎是月球的一半。
  • 太陽對月球的引力是地球的兩倍,為什麼月球不能繞著太陽旋轉?
    根據牛頓萬有引力定律,星體之間的引力一般和其質量相關,這樣算下來,太陽對月球的引力並不小,甚至大於地球對月球的引力,但為什麼月球還是如此情有獨鍾呢。事實上,太陽的質量佔有太陽系總質量的99.86%,如果把太陽,地球,月球的質量和距離代入萬有引力公式,就可以發現,太陽對月球的吸引力是地球對月球引力的兩倍多。
  • 潮汐與引力有何奇妙關係?
    以月球為例,月球是離地球最近的天體,也是地球唯一的自然衛星。作為地球的友好近鄰,月球可以使地球上的潮水時起時落,人類能夠藉助潮汐進行發電。潮汐是指海水在天體(主要是月球和太陽)引潮力作用下所產生的周期性運動,是沿海地區的一種自然現象。而潮汐現象是人們在地球上能看到最直觀的月球引力的影響。
  • 太陽對月球的引力是地球的兩倍,為什麼月球不能繞著太陽旋轉呢?
    比如,我們都熟知,太陽系中的行星都繞太陽運轉,是因為太陽巨大的吸引力。但是對於我們居住的地球,卻有一個衛星月亮,繞著地球轉動,為何不能繞著太陽轉動呢?根據牛頓萬有引力定律,星體之間的引力一般和其質量相關,這樣算下來,太陽對月球的引力並不小,甚至大於地球對月球的引力,但為什麼月球還是如此情有獨鍾呢。其實從理論上說,月球也可以繞著太陽轉動,但事實並沒有。
  • 如果月球沒有被潮汐鎖定地球引力對月球造成的潮汐隆起是會移動的
    月球圍繞著地球轉是因為地月之間的萬有引力,萬有引力是一個和距離的平方成反比的力,月球作為一個球體,那麼月球這個球體靠近地球的那一部分受到的地球引力比較大,而離地球比較遠的那一部分受到地球的引力比較小,因此對月球造成了一個引力梯度,近端受到的引力大,遠端受到的引力小,這就會造成月球在朝著地球的方向上被吸引出來一個鼓包,對應著的遠端也會有一個被甩出去鼓包,這個叫做——潮汐隆起。
  • 為什麼月球只有正面對著地球?巧合還是必然?引力告訴你答案!
    正是因為月球的特殊性,一部分人認為,地球誕生生命,也和月球有很大的關係,因為月球在某種程度上,幫助了地球的氣候穩定,也幫助了地球的海洋出現了潮汐,最早一批登上陸地的生物,就是依靠潮汐才慢慢適應了地表的環境。那麼為什麼月球永遠只有一面朝著地球,而不是和地球一樣在慢慢的自轉呢?在月球的背面隱藏著什麼呢?是否有外星文明在月球的背面,偷偷的觀察者人類呢?
  • 地球的地震和月球引力有什麼關係?
    潮汐力量去過海邊的人大多見過潮起潮落,大海的漲潮就與月球有關。月球被地球的引力吸引,圍繞在地球運轉,同時,月球對地球也有了相同的引力。按照萬有引力公式我們可以知道,這個引力的大小與地球、月球的質量相關,也與地月之間的距離有關。
  • 地球潮汐是由月球引起的嗎?
    這句話只說對了一半,地球海洋潮汐的背後還有更複雜的科學原理。 月球的確會影響海水的狀態,但是這份力只有地球重力的千萬分之一。事實上,潮汐是重力在月球、地球和太陽之間相互作用的結果,而這更像是一種擠壓力,而不是牽引力。
  • 既然太陽對月球的引力更大,為何月球沒有圍繞太陽運轉?
    我們都知道,月球是被地球的引力控制才會圍繞著地球旋轉的,可是,科學家們通過一系列的研究後卻發現,實際上太陽對月球的引力更大,幾乎是地球對月球引力的2.2倍。那麼,為何月球不是圍繞著太陽轉呢?其實,我們可以將地球和太陽之間對於月球的引力作用,看做是一場拔河比賽,而月球,就是拔河比賽兩端選手拉扯的繩子。
  • 月球、太陽對地球的潮汐影響
    本文主要是計算月球和太陽對地球表面的潮汐力的大小,以及廣闊海域的潮汐高度。R上的分量,是地球上所有物質都受到的一個力,不是潮汐力。月球引力的潮汐高度為近地點h=0.425m遠地點h=0.305m太陽引力的潮汐高度為近日點H=0.173m
  • 月球的自轉和潮汐現象
    可能很多人還不知道地球在哪裡,我們居住的地方,有房屋,大山,河流,海洋,森林,沙漠,這個地方就是我們居住的地球,地球有多大,人站在地面上看遠方,一望無際的地平線,我們看到的地面是平的。地球其實是圓的,因為地球體積龐大,人很渺小,所以在地面看不出地球是圓的。地球不是標準的圓,而是橢圓形,北極比較凸出,南極平坦。
  • 月亮引力對地球的影響更大,主要表現為潮汐,因為月亮離地球較近
    其實海水覆蓋海灘的面積每時每刻都在改變,而這就是我們常說的「潮汐」。牽動潮汐的主要力量則是月亮對地球的引力,其實宇宙中的每個物體之間都互相存在引力,距離越近,引力表現得越明顯。太陽和地球之間也存在引力,只不過太陽距離地球比較遠,相距一點五億千米,所以對潮汐的影響並不十分明顯。而月球距離地球三十七萬六千千米,對地球的引力就大得多了。
  • 為什麼海洋有潮汐,而湖泊等水體沒有產生潮汐?
    早在漢朝時期,我國民眾就已觀察到潮汐現象同月亮的關係,即有所謂「濤之起也,隨月盛衰」的記載。其中的「濤」就是指海水的潮汐現象。不過,推動海水形成潮汐的成因,還是很複雜的,主要原因是月球、太陽的引力對海水的影響,尤其是月球的引力影響。
  • 潮汐由月球引起,月球每月才公轉一圈,為啥每天潮起潮落兩次?
    如果不精確的計算,地球上潮汐一天兩次與月亮公轉沒有多大關係,因為潮汐的次數隻與地球自轉有關。但潮汐主要是由月球引起的,這一點也沒有錯。潮汐是由於太陽和月球的引力作用下,形成海水周期性的漲落現象。太陽和月球對地球的引潮力,是指太陽和月球對地球上單位質量物體的引力,以及地球旋轉時產生的慣性離心力,這兩種力組成的合力導致的。因此引潮力與引力是有一定區別的。太陽質量是月球質量的2706萬倍,太陽到地球或者月球的平均距離約1.5億千米,而地月距離為38.4萬千米,相差約390倍。
  • 月球與地球之間隱形的紐帶-引力:為什麼我們生活的地球充滿了吸引力
    由於月球與地球之間的質量相差不是很遠,因此月亮圍繞地球轉動的質心並不與地球的地心重合,而是稍微偏離了地心。   重力(來自拉丁語gravitas,意思是「重量」)或引力,是一種自然現象,通過這種現象,所有具有質量或能量的物質——包括行星,恆星,星系,甚至連光——都是通過這種現象來讓物質相互靠近(或相互吸引)的。
  • 月球總是一面對著地球,是因為害羞嗎?不,是因為潮汐鎖定
    地球的潮起潮落,月亮和太陽誰的作用大?大部分的科普文章中直接就說漲潮是月亮引力引起的,那麼為什麼不是太陽引力引起的呢?剛剛我們分析了日地系統的引潮力,其實地月系的引潮力原理相同,通過簡單的計算就可得知到底是太陽的影響大,還是月亮影響比較大。
  • 細說潮汐力產生的種種現象,探索月球和地球本身的秘密
    月球只有一面面向地球這個事實確實是引發了人們無數的遐想,那為什麼會這樣呢?其實這是潮汐力的作用,這個現象就是傳說中的潮汐鎖定。為什麼叫潮汐鎖定?因為月球就好像被地球鎖定了一樣,月球的視線永遠都不能離開地球,這就是所謂的潮汐鎖定。月亮對地球有潮汐力的影響,而地球對月球也有潮汐鎖定,這一切的原因恰恰也是因為地球對月球的潮汐力導致的,這個潮汐力是相互的。
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    有人問:既然萬有引力為什麼人不會被撕碎?我覺得這個問題有些好笑,為什麼引力就一定要把人撕碎呢?所以要說清這個問題,我們就要了解一下引力的基本特徵。人在地球上飛不起來,跳高只能很有限,這就是引力重力在作怪,地球圍繞著太陽轉、月球圍繞著地球轉,也是引力在起作用。任何人都無法違背引力定律,因此影視和一些文學作品、傳說中的飛簷走壁、水上漂都是扯淡,是違背科學原理,不可能出現的,如果有出現了只能是投機取巧弄虛作假的騙術。
  • 對教材與科普關於海洋潮汐原理的總結分析
    對教材與科普關於海洋潮汐原理的總結分析大家好,我是寧晉生。一個符合『民科』定義的科技探索者。首先提醒大家,我講的不是科普,正相反,我講的內容是與現有的科學理論不同的觀點,請大家保持清醒的頭腦,站在批判者的角度來思考、分析、判斷。