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为什么地球“背向”月球的一面也会涨潮?

地球是太阳系中唯一一颗拥有地表海洋的行星,地球的海洋是如此广袤,以至于整个星球的表面有大约71%的面积都被海洋占据。生活在地球上的我们,早已对海洋有规律的涨潮和退潮习以为常,当这种现象发生在白天的时候,我们将其称之为“潮”,如果发生在夜晚,我们则将其称之为“汐”。

为什么地球海洋会出现潮汐现象呢?一个众所周知的原因就是月球的引力作用,尽管月球的质量在太阳系中并不算大,但与太阳系中的其他星球相比,月球与地球的距离可以说是“近在咫尺”,所以月球的引力就能对地球表面的海洋产生显著的影响。

或许我们可以简单地认为,由于引力与距离的平方成反比,因此地球“面向”月球的一面受到的月球引力更强,并且距离月球越近的区域,受到的月球引力就越强。

在这种情况下,这一面的海洋就会微微隆起,这样就形成了涨潮,但由于地球在自转,这个隆起的区域与月球的距离会越来越远,月球的引力随之不断减弱,海洋的隆起也逐渐消失,于是就形成了退潮,随着这个过程的持续,地球海洋也就出现了有规律的潮汐现象。

按照这样的理解,地球“背向”月球的一面就不应该出现涨潮,但人们却早已观察到,地球的海洋通常都会在一天之内出现两次涨潮,其发生时间的间隔大约为半天,而我们都知道,地球每完成一次自转,差不多就是一天的时间。

这就意味着,地球“背向”月球的一面也会涨潮,为什么会这样呢?下来我们就来揭秘一下这种看似奇怪的潮汐现象。

通常我们都会将地月系统的运动状态想象成,月球一直在地球引力的束缚下围绕着地球公转,而地球却稳稳地不动,然而事实却并非如此。

根据万有引力定律,引力的作用是相互的,当地球在“吸引”月球的时候,月球其实也会对地球产生同样大小的引力,因此如果没有其他因素的干扰,那地球和月球就将不可避免地撞在一起。

地球和月球之所以会像现在这样稳定的运行,其实是因为它们都在围绕着地月系统的质心一起转动,而它们之间的引力则起到了向心力的作用。

在此过程中,地球和月球都会因为自身的惯性而具备了远离旋转中心的趋势,从而使地球和月球始终能够保持一定的距离,而不会被向心力“吸引”得撞在一起,因此这种趋势等效于一种与向心力相反的力,所以我们可以将其称为“离心力”。

需要注意的是,“离心力”的本质是物体惯性的体现,它不是一种真实存在的力,而是一种为了方便讨论而引入的虚拟力。

“离心力”的大小可用公式“F = mω^2r”来进行计算,其中m、ω、r分别代表物体的质量、转动的角速度、物体与旋转中心的距离,可以看到,“离心力”的大小与物体与旋转中心的距离是成比例关系,也就是说,距离旋转中心越远,“离心力”就越大,反之亦然。

由于地球的质量远大于月球,因此地月系统的质心其实是位于地球半径之内,大概在地球与月球质心的连线上距离地心4700公里的位置上,与之相比,地球本身的直径则大约为12742公里,而这也就意味着,地球“背向”月球的一面受到的“离心力”比地球“面向”月球的一面更大。

另一方面来讲,地球“背向”月球的一面与月球的距离更远,月球引力就会减弱,此消彼长之下,“离心力”就占据了主导地位,由于“离心力”与月球引力是相反的,因此这一面的海洋就会向远离月球的方向隆起,进而形成涨潮。

简单总结一下就是,在地月系统的运动过程中,地球海洋会同时受到月球引力和“离心力”的影响,在地球“面向”月球的一面,是月球引力引发了海洋的涨潮,而之所以地球“背向”月球的一面也会涨潮,则是因为“离心力”的作用。

值得一提的是,作为太阳系中的“老大”,太阳同样也会引发地球海洋的潮汐现象,只不过太阳距离地球太远(相对于月球),其引发的潮汐幅度就比月球更小。

当月球运行到与地球和太阳在同一条直线时,太阳与月球引发的潮汐就会出现叠加效果,从而使地球海洋的潮汐幅度更大,此时出现的潮汐称为“大潮”,而当月球运行到地球与太阳的连线的垂直方向时,太阳引发的潮汐就会明显削弱月球引力发的潮汐规模,此时出现的潮汐则被称为“小潮”。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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