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什么是潮汐力?四个由地月的潮汐力引发的有趣现象

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发表于 2019-5-3 18:42:07 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 中国
潮汐是海边是最常见的现象,每天都有着固定的时间潮涨潮落。7 B. M, ]6 x. T8 S
潮汐现象主要就是月亮引起的。; {" c7 v0 V! m1 M( S6 G1 Z2 i
月亮作为一个直径达3476公里的天体,虽然相比较地球很小,但是月球其实还是有着非常巨大的引力。
& T5 Z2 D0 L7 H0 Q; D6 U
( W8 O0 {0 i1 M5 T6 |潮汐力就是由月球对地球的引力差。6 Y( B3 M( _3 c* q
潮汐力是引力源对一个物体产生引力作用时,物体上各个点因为离引力源的距离不同,受到的引力也不同。( D1 E1 q9 x9 ~, L! z0 v
比如像我们,其实地球对我们身体各个地方的引力是不一样的,站在地面上,头部受地球的引力是小于脚受到的引力。: o7 f: _! b* p: ~- o1 K' @% L
但是因为我们的身高距离并不明显,而且地球的引力并不是特别大,所以地球对我们的潮汐力能在我们身体上提现的效果微乎其微。
7 x6 [  N; m  E2 v' U8 z" _! a
5 I& Z7 r2 M* H4 K0 j6 ~# v1 y  {- V" i) F但是如果碰到像《流浪地球》电影里描述的,地球被木星引力捕获,正在向木星落下时。
( v9 ~5 L7 j; @. X  J% ?由于地球的直径太大,达到1.27万公里的明显差距,而且木星这个引力源又非常的强大,所以地球靠近木星的地方和远离木星的地方受到的引力差异很明显。+ A2 B( b  c0 [& T7 v
地球靠近木星的那边受力比较大,会把地球往里拉,地球就会被撕扯。
" K$ v7 T0 c: i当地球越来越靠近木星时,一旦引力差引起的潮汐力大于地球自身可承受的力量极限时,地球将无可避免的被撕碎。1 r6 I1 f$ K( W! Q# O7 p5 d$ K$ X
# @9 {, Y5 q8 v9 Q% I9 R' a" L
而因为月球和地球的潮汐力,出现了不少很有意思的现象。
/ E! `# w# {1 W+ i$ f. h0 |/ p6 L第一个自然就是海水的潮汐现象。
) t9 t8 E. p# N* O9 C4 w4 K) L
( i( z! C+ @8 J" O1 y( L因为地球71%的面积是海洋覆盖的,所以地球基本上就是个水球。
9 x4 j4 B! u; n, @! d) ]7 O" @比如当地球转到太平洋最靠近月亮时那一边时,月亮对太平洋的巨大引力把太平洋提了起来,就像大人抓住小孩的头发往上提……3 u! w' n6 u) w0 Y1 J' M/ S

9 D$ C- r  |$ A8 L$ H这时候靠近月球的太平洋中间的海平面就被引力拉了起来,这样处在岸边的海水就开始退潮。
& ]: C. H( f" m7 {( O2 i9 J而离月球最远的地球背面的大西洋,则是由于月球引力最小,所以地球自转产生的离心力产生的效果最为明显。
8 k+ u4 u' g: T2 j- `离心力效果明显导致大西洋的水就像被甩出去一样,海平面同样也是升高。& w3 l( y/ p  X! F+ F4 D8 y
所以此时,太平洋和它对面的大西洋海平面均会有所升高,这2个大洋的岸边就会都会出现退潮的现象。
7 }2 R/ k  _5 m8 f5 X1 S) |
. h+ W' I  S+ C5 h" J* t0 f当地球继续转动的时候,月球引力对太平洋逐渐减弱,对大西洋逐渐加强,甚至是转动到把岸边的水拉过来。! a% j, D% @9 q3 N
这时候太平洋和大西洋的海水就会出现涨潮的现象了。
- Z: P! _8 `# e# g" n% C这也就形成了所谓的潮汐。4 P8 Z* q0 p! p% \7 ^# o
: q0 f& g4 x: s( ^9 W" z  p
第二个就是月球的自转时间和公转时间是一样的。
8 J' c4 w1 @- R! T, r  y5 V4 y
/ Y( N0 y# A9 c- v+ g月球自转一周和绕地球公转一周的时间是一模一样的,而且是不差一分一秒的。
1 b$ |' P$ e4 Q& R& j5 t在了解过太阳系内有几十颗卫星都是自转和公转时间一样后,可以很肯定的说,这并不是偶然的,而是有原因在里面。
) a* u8 Z  o' [* T- }1 W这个原因就是"潮汐锁定"
4 c: D) P3 s/ R
, K+ p# R9 l* ]( G+ z; @月球虽然是个球体,但是它的质心点并不是在最中间的。  b/ s9 w/ l. E: u
因为地球对月球的潮汐力影响,月球各个点受到的万有引力不同,导致月球面向地球的一面会稍稍凸起,质心也随着朝地球的方向靠近。2 u- J; g% F; j6 x- `& }" s
在地月系统刚形成的时候,月球的自转速度比现在快很多,所以月球收到的地球潮汐力影响不停的改变,导致月球内部岩石的互相位移摩擦。# f4 P0 M! ]. ^; O
所以月球的质心不断改变,而月球内部岩石的运动产生的热能会因为角动量守恒,会减少月球自转的速度来抵消这部分热量。
% R7 c, v. L8 M: h0 f. D( o1 W于是月球的自转速度一直在。直到当自转时间和公转时间一样时,也就是月球的一面永远面对这地球时,各个点受力不再变动,内部不再产生摩擦。
, _5 o" }, |/ u) B. J, M% u. K这就是"潮汐锁定"。就像是地球用一根名为引力的绳子把月球捆住转圈。
. T2 t- y  i  y7 E' R3 v3 X0 M; Y" x4 {; s! e2 M8 M  e
至于为什么地球没有被月球或者太阳潮汐锁定,那是因为月球或者太阳对地球的潮汐力太小,不足以让地球快速达到潮汐锁定的程度。
7 ~6 y# _& @$ }0 N第三个是地球的自转速度在不停的减慢。
1 g, ~! h* U* r. s8 L- m5 h- n% m& E6 u/ Z4 U' c, z% b# K+ F! C+ r
在45亿年前,地球的自转速度可能非常的快,达到8小时自转一周的速度,但是现在是24小时自转一周。; ?; K- H4 M  Y  e2 s
为什么现在的自转速度降低这么多。7 j5 u$ a3 E  h# x
造成这种情况的主要当事人就是月球。! |5 C1 D- W4 [+ q& f
前面说的地球对月球的潮汐力降低了月球的自转速度,从而使得月球被地球"潮汐锁定"了。
% F5 W* t+ J% M- m2 t4 i同样的,月球对地球的潮汐力当然也会对地球的自转速度造成一定的影响。
* e& Z3 b6 b: B7 M9 w  O0 i
  [7 @( F- N  F, q4 f0 R但是因为地球个子大,质量大,月球对地球的潮汐力影响非常小。
3 ]3 r: o5 B9 h4 Y3 u4 K6 [但是月球还是在逐渐的减缓地球的自转速度,以达到月球对地球得"潮汐锁定"。
% r- D: P, F- w2 S% Y& I' h2 W不过能真要达到这种程度,太阳都已经毁灭了。
1 Q2 @+ s) N; a2 G# v7 t, Y
2 m; n( \9 N% F. H% \  E6 h还有太阳也在对地球造成潮汐锁定的动作,不过同月球一样,效果非常不明显。% g8 k( ~" p2 z! Q/ z" b. O
虽然经过漫长的日积月累,地球的自转速度会不停地下降,但是在太阳的有生之年里是达不到潮汐锁定的状态。
5 Q) |& c0 O" N, S其实在太阳系中也是存在着互相潮汐锁定的行星和卫星,那就是此前被踢出九大行星行列的冥王星和它的卫星冥卫一。7 F( e6 c* S0 Q, a, t; y8 n

7 L& s7 I! Z/ L  _! C+ g' |冥王星直径2370公里,冥卫一直径1210公里。这2个星球由于直径差距和质量差距不像其他行星卫星体系差距那么大。- r: W; b8 w& N
而且这2个星球组成的共同质心点是在冥王星外面的,所以这两个星球都很快的互相被潮汐锁定了,它们都会6.387天的周期互相面对面转圈
# I( r  J7 L7 R' g- D$ ~( f& I也就是说冥王星和冥卫一永远都是一个面面向对方,另一面则永远背对对方。8 [+ l) N4 n- q( o$ _8 s, q9 i

. N+ i$ q3 ^' y: D第四个是月球在不停的远离地球。5 D+ ?5 l- c" ?% ~1 P" n

* G" Z8 i6 p, _, D* A" m* E美国阿波罗登月计划中曾在月球上放下一个激光探测器,用于测量地月距离的。7 R  h- f4 G0 D$ j* S5 R: U/ o& K: L
经过测量发现,月球现在在以每年3.8cm的速度远离地球。  J( A9 B" A; P. @
当然,这还是由于地月的潮汐力造成的。
3 J' L1 F* x; u$ w3 d- m8 f  m+ p" C% F/ w  W
前面说的月球和地球的自转速度都在不停的降低,因为角动量的关系,地月间的距离会因此而不停的增加。7 }% V9 u: A) [% i
虽然增加幅度不大,每年只有3.8cm,但是日积月累后的距离是非常明显的。
& [/ _: G# _$ D9 `) ?科学家预测,6亿年后,地月间的平均距离会从38.4万公里基础上再增加23500公里,达到近41公里。
% g. b7 J' O, c  U& Y  y1 P到那时候,地球上就再也看不到"日全食"的现象了。4 i- G: j' N. V, s0 R* y& t! }, M# K
地月实际距离比
2 w, H) n" v9 N2 [0 I1 v3 l3 D% u: ^9 @
来源:https://www.toutiao.com/a6685608207106179592/
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