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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。
9 T) }& ]8 U; X. c4 m- O! {潮汐现象主要就是月亮引起的。7 S4 e$ L6 M/ _1 F  Q+ @) L% ]3 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。
8 |7 c9 f( ?) a5 L" c
2 E" \% B* [8 r  w+ S4 _潮汐力就是由月球对地球的引力差。% D; Q6 C# c7 x& \* ]
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。' G; ~0 H; s" j. B2 @2 t) D: c
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。
0 K" l7 P  u: Q7 l' w. q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。
4 u* X* P5 e, C
. U5 }  F; Z- w/ ]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。
% W7 E' c' T4 c+ J& a; w0 u/ F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。
4 }6 I  ?7 G7 x0 d" t; A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。
6 t2 ]+ `( }- S5 ]* @3 C; m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。& Q! }  S4 E8 y, e% i* n
0 t; }/ G8 y  P$ j4 C- \
而因为月球和地球的潮汐力,出现了不少很有意思的现象。, u6 Z/ n0 Q" j  a
第一个自然就是海水的潮汐现象。. D) L+ d1 `0 C' H4 l0 J

- _; z4 c8 J8 r6 e' E/ y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。
1 f# e* r) a/ B6 T9 a& V/ ~2 ~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……
$ T' p( t) t% m
8 ?! a: j2 G. N8 p5 |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。; s- G% \8 u5 H' Y
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。
- c% S' e4 V" ]1 K3 f( E! ^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。4 g0 I* `; E9 [1 I" {! [1 J1 X* j
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。
) O& g& O+ P- w7 M+ d* {8 Y: b
/ n. o9 O# G& X. c9 l7 k- Y  x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。
% T- `. l' e: R+ w% ?7 ~  @这时候太平洋和大西洋的海水就会出现涨潮的现象了。) d' z- r/ S$ i
这也就形成了所谓的潮汐。4 C" k0 r# p9 {3 z5 ]
; q( _5 p0 w) W# r% s
第二个就是月球的自转时间和公转时间是一样的。' e$ y, d) [5 F& d

- B" f; U, _! \, [% g6 O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。& O/ @0 u* r" N+ K
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。
! R4 D4 I3 d7 j% l1 p' J5 g: X' I. f这个原因就是"潮汐锁定"% ^5 O9 g* H/ {- M) S% T7 E

8 h' `+ ]; `: V6 ]月球虽然是个球体,但是它的质心点并不是在最中间的。
" v1 n) @* X: B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。0 Z5 ?* }4 d+ {. j: H
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。
% o% Q& W# \% Y. l5 j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。
% w& }6 n' r) y6 X4 V: |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。6 n! e7 t9 z# g6 i+ ~, v8 L6 P
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。7 P) x5 j7 l# `& m, W* [6 s
4 j, F' W$ u7 Q
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。0 X3 R4 K: w( O* f
第三个是地球的自转速度在不停的减慢。7 Z! J' \' v! _/ F( \9 P3 F0 g9 i

' C5 q0 m+ c  }5 O3 ^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。- y9 R$ C: H& O
为什么现在的自转速度降低这么多。
4 r. G5 t- m4 y' C  Y造成这种情况的主要当事人就是月球。& ?. P/ X2 t7 m
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。
# C4 C& V3 p% G6 @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。
, A0 L+ o* P% w# L2 \2 W/ T. ?+ d  _  [. t
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。
5 T/ ]) [% a0 p4 X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"。
& C0 I; ?! F' v, b% q( Z不过能真要达到这种程度,太阳都已经毁灭了。* b2 {! Q( k; s1 }; X7 Q. A3 e

" `( C3 ?; D2 K* j  o9 H7 T: b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。
, Y: n5 e7 _& S0 ^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。# S  J- d& L; c
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。% Z8 ^0 k$ S2 V4 i7 N; B

2 ]8 d5 S0 f$ M. u) C6 P* }, f% B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。
+ q$ R+ B# f: A$ |" c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
5 E+ z9 r' e4 X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。' Q+ b* u& S- s

) }4 P5 l7 [1 {" b" S第四个是月球在不停的远离地球。9 z4 X: r# k" g* g7 y

. l+ L; M2 O* ~& U+ z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。* b3 X$ f% a% y" u. ^
经过测量发现,月球现在在以每年3.8cm的速度远离地球。
) E+ |# Q. x2 d6 n5 ]7 m) z当然,这还是由于地月的潮汐力造成的。
4 B# J- k6 h$ t' C# L
( ~+ z! n; c/ i. P$ V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。2 s$ c! [' A8 t+ v9 j
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。. p( {* |  |/ X5 l9 f" ]
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。  X' O8 @1 B7 r/ {& Z
到那时候,地球上就再也看不到"日全食"的现象了。3 y. D# K- p' e
地月实际距离比
5 X0 K9 ^" k" C/ A% d# F. a
, ~8 T0 U3 y+ D来源:https://www.toutiao.com/a6685608207106179592/
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