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  • 为什么赤道上没有海洋潮汐?

    潮汐是非常复杂的现象。对于任何特定的位置,潮汐的高度和随时间的波动不同程度上取决于太阳和月亮的位置,还取决于海岸形状、海岸线、海岸线深度和洋流这些细节。这张图片展示了世界上高潮和低潮的差异。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    图解:加拿大芬地湾的满潮(左)与干潮(右)

    牛顿的解释是,当你计算地球和月球在地球表面每一点上的重力差时,你会得到如下的习惯法编绘图表:

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    这也是“等势面”的形状,在这里质量处于平衡状态,并且瞬间处于“静止”状态。引力潮汐有两种:固体潮和水潮。固体潮是固体地球对地球固体岩石中的引力变形的回应。月球固体潮相对于地球的无应力形状有0.3米高,而太阳固体潮大约是这个高度的一半。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    图解:月球公转与地球自转方向相同,但地球自转速度快于月球公转,使涨潮被地球自转带着跑,在月球至中天前到来,相差约3度。 月球与潮汐隆起(tidal bulge,或称隆堆)相互吸引,使得地球自转渐渐变慢,而月球公转渐快。这使得当前每一年月球轨道约推离地球38毫米,而地球的一日延长约23微秒。 因为月球对地球万有引力的作用,地球视作一固态整体,较背对月球一侧的海水更被拉近月球,因此背对月球一侧的海水形同“升高”了。这造成两端的潮汐隆起与每天两次的涨潮。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    水潮汐则高得多,因为水的密度比岩石低,水可以自由地在地球表面流动,其惯性比岩石小。水潮汐能够比它们高出10米!

    你会认为固体潮汐会严重地弯曲地面,以至于管道、铁路轨道和其他交通系统会随着时间的推移弯曲和断裂。所幸的是,这种扭曲的规模是跨越大洲的,如下图所示。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    月球潮汐力:这些图像描绘了直接从北纬30°(或南纬30°)以上的月球,显示了这颗行星的两面。红色部分朝上,蓝色部分朝下。(维基百科中的“地球潮汐”一词)红色表示由于固体潮汐而向上移动0.3米。每一块方形瓦片的边长约为600公里,因此,如果你计算从凸起部分的顶端(红色部分)到最小的“蓝色”变形区域的变形,你会算出每公里垂直位移约为0.027毫米!如果你有一根1公里长的管子,它的两端会弯曲0.027毫米,或者说是27微米……这还不足以造成结构的破坏。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    图解:月球对地球不同部分的引力与对地心引力的差别

    像欧洲核子研究中心的大型强子对撞机这样的大型科学仪器,必须在环形的机械中包含这种扭曲设计,而环形的机械设计必须精确,这样才能使循环中的质子的路径不受这种扭曲的影响。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    图解:从空中鸟瞰大型强子对撞机的地理环境,虽然结构大部分在法国境内,但是主要的建筑则多在瑞士。

    那么这一切与潮汐是否在赤道被发现有什么关系呢?

    虽然牛顿给了我们固体潮汐的基本引力理论,但他把这个理论应用到水的运动上时,许多细节上是不正确的。法国数学家拉普拉斯运用了牛顿的引力理论,但他意识到引力理论在潮汐中的应用更多地与各种水振荡的引力作用有关。水的振荡被视为一个有许多不同的共振频率的谐波系统,它能够更有力地描述地球上的水潮汐的细节。当你把主要的月球潮汐和作用在地球表面一个形状复杂的水层上的太阳潮汐结合起来,你将得到一个截然不同的高潮和低潮的模式,如图所示。

    为什么赤道上没有海洋潮汐?

    这张由美国国家航空和宇宙航行局/戈达德太空飞行中心的理查德·雷博士/空间测地学分部制作的图,显示了M2月球潮汐的组成成分。振幅由颜色表示,白线表示同潮时期相差1小时。在等潮线辐辏点周围的弧线显示了潮汐的方向,每个都表示一个同步的6小时周期。值得注意的是,海水的这种反应实际上与上述的牛顿的计算中所期望的简单的双凸起、重力应力模式毫无关系。

    那么,在赤道有潮汐吗?答案是:有的。事实上,只有在靠近两极的地方才有非常弱的潮汐!

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. astronomycafe- TomatoFIKA

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