

为什么海洋每12个小时要经历一次潮起潮落?为什么人们抬头望月只能看到月球正面?
太阳系的8颗行星中,为什么有的行星会自带光环……这些看似奇怪的现象,在宇宙中却是普遍存在的,让我们一探究竟吧!
不均衡的引力——引潮力
引力潮汐力,简称引潮力,是指一切天体对其他天体或物体的引力差,会导致后者发生形变。它是作用在两个天体间无形的手!
根据牛顿的万有引力定律,两个物体之间的引力同它们的质量成正比,同距离的平方成反比。天文学家在计算天体引力时,通常将它们视为一个“质点”,忽略体积。但在计算相距较近的天体引力时,例如地月系统,体积就不能忽略了。造成天体间相互绕转运动的是天体间的平均引力,即平均引力提供了向心力,而在近点、远点所受实际引力与平均引力的差就形成了引潮力。
看引潮力如何调度“潮涨潮落”
地球会受到来自太阳系内各个天体的引潮力,其中月球以近取胜占主导,太阳以质量优势次之,其他基本可以忽略。
要了解海水潮汐的成因,首先让我们来到地球北极上空,俯瞰地球和月球。它们像是一对深情的舞者,各自优雅地旋转又结伴而行。虽然它们是两颗独立的星球,却像被一条无形的纽带紧紧地连在一起,这条纽带就是两个天体间的平均引力所形成的向心力。
地球半径6378千米,不同位置受到的月球引力相对平均引力会有一定的差别,即存在引潮力。其方向,在近月点指向提供引力的天体,即月球;在远月点背向此天体(小减大得负力),从地面看则力的方向是向上的。
于是,我们可以看到如右上图所示的情景,海水由于引潮力的影响,在近月点附近高高隆起,在远月点亦是如此。地球自转为24小时,相比之下,月球在24小时内移动很少,因此人们就可以在一天之内经历2次海水涨落潮。
另外,由于地球在自转,速度比起地月系的绕转速度要快得多,即地球上的潮汐隆起总比月球前进得更快,而月球的引力会拖拽住地球的潮汐,产生的摩擦力会阻碍地球的自转,使得地球自转逐渐变慢。由于地月系统角动量守恒,减少的地球自转角动量会转移到月球上,导致月球的轨道逐渐变大,也就是现在的月球正以约4 厘米/ 年的速度远离我们的地球。

