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为什么月球的引力会引起地球上的潮汐,而太阳的引力却不会?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-11-13 20:44:21

太阳不仅影响地球的潮汐,它对潮汐的影响几乎是月球的一半。

我们先来了解一下月球是如何引起潮汐的。这确实是因为月球对地球的引力,但如果它是这么简单的话,那么你会认为月球会在面向月球的地球一侧的海洋上向上拉动,而在地球的另一侧向下(穿过地球)。但随着地球自转,这将导致一天一次的巨大潮汐效应,而不是一天两次相对较小的影响。所以不能这么简单。

相反,实际发生的是两种力量的平衡。要了解月球的情况,你必须了解月球的轨道到底发生了什么。实际上,月球并不是在地球静止的情况下绕着地球中心运行,而是在它们之间的一个点,即轨道重心,围绕着它们共同的质量中心运行。

为什么月球的引力会引起地球上的潮汐,而太阳的引力却不会?

这个重心实际上在地球内部,大约是从中心到月球的2/3。在上图中轴线交叉的原点。月球的轨道是紫色的虚线,地球的轨道是蓝色的虚线。这张图是按比例绘制的,除了月球到地球的距离,它实际上是我显示的缩放距离的10倍左右。

现在至关重要的是,地球绕着这个重心的轨道在地球上产生了一个离心力,因为地球的中心被月球对地球的引力所平衡。这就是使地球保持在这个轨道上的原因。但如果你仔细想想,地球上的每一点都会经历同样的离心力,在远离月球的方向上。(请注意,地球是绕着重心运行的,但不是随轨道旋转的。这与月球是不同的,例如月球与它绕着重心的轨道同步旋转,因此保持了相同的面向地球的一面。)

然而,虽然月球的引力平衡了地球中心的离心力,但在地球上离月球较远的点上,由于距离的增加,重力会稍小一些,当离心力获胜时,会产生远离月球的净力。同样地,在离月球较近的点上,月球的引力获胜,这一次给月球一个净力。我用蓝色和紫色箭头来说明这种不平衡,尽管紫色月亮重力箭头的大小差异被高度夸大了。

所以正是这些不匹配的力之间的差异导致了地球上的潮汐。这一差别取决于月球引力的强度,以及地球半径增加或减少与月球的距离。地球上最近点和最远点相对于月球的净引力影响计算如下:

384400是以公里为单位的距离,6378是以公里为单位的地球半径,G是以适当单位表示的标准引力常数。答案是0.0000011 m/s²或1.1µm/s²,这比月球在0.000033 m/s²左右对地球的引力要小得多。

那么太阳呢?这是完全相同的推理,除了在这个例子中,我们感兴趣的是地球绕太阳轨道的离心力(严格地说是太阳-地球的重心,但这里的差别可以忽略不计)和太阳在地球上的重力之间的不平衡。

其中M是太阳的质量,150000000公里是太阳到地球的距离。约51µm²或0.51μm²。

因此,与太阳没有潮汐效应的前提相反,事实上,太阳对地球的潮汐影响大约相当于月球的一半。

(有些人可能会对此感到惊讶。上面的计算实际上简化为近似等于影响物体在地球上的重力乘以地球直径与其与地球距离之比。因此,尽管太阳与地球的距离相对较大,但其潮汐影响如此之大的原因是,太阳在地球上的重力也比月球大得多,约为0.006 m/s²,这当然是由于太阳相对巨大的质量。)

实际上,正是太阳的潮汐效应造成了一个月内不同时间潮汐的大部分大变化,其中太阳和月亮共同作用的大潮汐是大潮,小潮汐是小潮。
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