什么是天体引潮力?

【专家解说】：引潮力是指月球和太阳对地球上海水的引力，以及地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力，这两种力组成的合力，是引起潮汐的原动力. 引潮力的实质是什么？它是怎样产生的？要回答这一问题，首先需从天体引力谈起。绕转着的天体，都受到两种力的作用，一种是绕转天体间的引力，一种是由于绕转而产生的离心力。两种力同时作用，才使天体能够维持其按一定规律绕转的运动状态。月和地球绕转、地和日绕转也是这样。 引力和离心力，对于整个天体来说，二者是保持平衡的。但是，对于天体上的每一个质点（位于天体中心的质点除外）来说，二者则是不平衡的。绕转天体之间的引力同绕转运动所产生的惯性离心力的不平衡，是产生引潮力的根本原因。 太阳和月球对地球的引力，地球在绕转中产生的离心力，以及由于这两种力在地球表面所表现出的不平衡，其本质是相同的。由月球作用而产生的潮汐，称太阴潮；由太阳作用而产生的潮汐，称太阳潮。太阳潮和太阴潮并无本质上的差异，其原理是一样的，但在量值上，太阴潮大于太阳潮。 为了便于说明问题，仅以月球对地球的作用为例，对引潮力进行分析。并且，假定地球是完全被均匀的海水所覆盖的球体。这就是说，我们在这里对引潮力和潮汐的分析，是以只考虑月球的作用，而不考虑其它任何因素对潮汐的影响为前提条件的。 地球在绕地月公共质心运动时，处于其不同位置的所有质点，惯性离心力都是相同的，其绝对值大小等于月球对地心质点的引力；其方向都互相平行，与月球对地心质点的引力方向相反。 地球是一个具有平均半径约6371千米的球体，构成这一庞大球体的各个质点，因其在地球体上所处的位置不同，而与月球质心具有不同的距离和相对位置。因此，根据万有引力定律可以知道，与月心距离和相对位置不同的地球上各质点，受月球实际引力的方向和大小，都有一定的差异。如图，C为月球质心， O为地球质心。 A位于OC连线上，是距月心最近的地球质点，称为月球在地球上的正垂点。B是月心和地心连线延长线与地表的交点，为地球上距月心最远的一点，叫做月球在地球上的反垂点。在地球上，正垂点A所受月球的实际引力最大，它与地月心连线重迭，并指向月心。反垂点B所受月球的实际引力最小，它与地月心连线的延长线重迭，也指向月心。地球表面其他任何地点所受月球的实际引力，其量值都小于正垂点、而大于反垂点；其方向虽然也都指向月心，但却都不同地月心连线重迭，而是各有不同大小的夹角。地球质心O所受月球的实际引力，在数值上是整个地球全部质点所受月球实际引力的平均值，并指向月心。 在地球的质心，绕转所产生的惯性离心力与月球对它的实际引力，保持平衡，即二者在同一直线上，作用于同一点，绝对值相等，方向相反，其合力为零。由于地表一切地点的惯性离心力相等、方向平行，而月球对它们的实际引力，与月球对地心的实际引力又都存在着不同程度的差异，因此，在地表任何地点，离心力与月球实际引力都是不平衡的，它们的合力都不等于零。月球在地表的正垂点A所受实际引力与离心力作用于同一直线，方向相反。在这里，实际引力大于离心力绝对值， 引力起主导作用，引力与离心力的合力是向上指向月心的；反垂点B所受实际引力也与离心力作用于同一直线，方向相反。在这里，则是离心力的绝对值大于月球实际引力，离心力起主导作用，两种力的合力背向月心方向，但在地球上也是向上的。地表其它任何地点所受月球实际引力，都不和离心力作用于同一直线，力的方向相差都不等于180°，而且力的绝对值也不相等。因此，除正、反两个垂点外，地表一切地点所受月球实际引力，都与离心力构成一个方向不同、大小不等的合力。这些合力，就是引起地球上潮汐现象的直接动力——引潮力。 引潮力在地球上的分布是不均匀的。各地点引潮力大小、方向的差异，必然使被海水所覆盖的地球变形。以正垂点为中心的半球，引潮力的水平分力指向正垂点，另一个分力指向月球（或太阳），海水质点向正垂点方向集中、朝向月球（或太阳）隆起；以反垂点为中心的半球，引潮力的水平分力指向反垂点，另一个分力背向月球（或太阳），海水质点向反垂点方向集中、背向月球（或太阳）隆起；在这两个半球交界的地方，引潮力指向地心，海水质点向下移动。这样，就使完全被海水覆盖的地球，变成一个分别朝向和背向月球（或太阳）隆起的扁球体。正垂点和反垂点的连线，就是这个扁球体的长轴。这种由于引潮力作用而产生的变形，称为潮汐变形。 在地球上看来，在引潮力作用下，以正、反垂点为中心的海水朝向和背向月球（或太阳）隆起，都是海面的向上升高，在正、反垂点周围，各形成一个水位特高的地区，叫做潮汐隆起；在距正、反垂点最远的地方，指向地心的引潮力使那里的海面下降，形成水位特低的地带。 以正垂点为中心的潮汐隆起，称为顺潮，它始终朝向月球（或太阳）；以反垂点为中心的潮汐隆起，称为对潮，它始终背向月球（或太阳）。因此，随着月球（或太阳）自东向西的周日视运动，两个潮汐隆起不断地自东向西移动，一日之内在地球上移动一周。距正、反垂点最远的海面最低地带，也相应在地球上自东向西移动。这样，在地表某个具体地点所看到的情况，就是随着时间的流逝，海面不断上升，达到最高水位后，又不断下降，降到最低水位后，又开始上升……如此不停地循环往复，这就是海面不断涨落的周期性运动。