漲潮的海水來自哪裡?退潮後的海水又去了哪裡?

2020-06-18   量子科學論

原標題:漲潮的海水來自哪裡?退潮後的海水又去了哪裡?

不管是在海邊遊玩還是在電視上,我們都能看見海水不停的拍打著海岸,並且也能看到海水漲潮以後淹沒一些海島或者海岸線,等退潮以後這些地方又會顯露出來。

那麼問題是漲潮時這麼多海水來自於哪裡?退潮以後海水又去了哪裡?要弄清楚這個問題我們必須了解潮汐是怎樣產生的。

在牛頓提出萬有引力之前,我們根本無法理解潮水漲落的現象,也無法理解為何我們人可以牢牢的站在地球上。

相信你小時候有過這樣的疑問,如果地球是圓的,那麼生活的地球下面的人不就頭朝下了,他們為何沒有掉下去呢?

我小時候就想過這樣的問題,但是沒有得出答案,這一直讓我很困惑,人怎麼能牢牢站在地球上呢?只能說,這就是普通人和大神之間的區別。

牛頓就根據物體在沒有受到支撐力的情況下會自由下落的現象,意識到了物體會受到一個向下的力,而這個力所產生的加速度就是物體下落的原因。

那麼誰給物體施加了力?牛頓就想到了地球,因此得出了萬物之間會產生引力這個驚人的想法,萬有引力和三大定律的提出就建立了一套完整的經典力學體系。

這是近代科學的開端,人們可以利用這套理論去科學的解決在地球上看見的所有宏觀物理現象,也揭示了天上的行星運動的本質。

當然這也解決了我小時候的困擾,為什麼地球下面的人頭朝下而不會掉下去。將這套理論用在海洋的潮汐現象上,也能完美的解釋。

不過要解決這個問題,我們的眼光停留在地球上是不行的。畢竟地球可以說是在勻速的自轉,又不會急剎車,也不會加速,按道理來說整個海洋應該非常平靜,不會出現漲潮和退潮。

並且地球上除了海洋以外的其他物體都跟隨著地球平穩的運動,為何海水就不行呢?

這裡就要提到離我們最近的天體月球和離我們最近的恆星太陽,月球受到了地球的引力束縛,以28天為周期在軌道上繞地球運動。

而地球和月球這個系統又受到了太陽引力的束縛以365天為周期在軌道上繞著太陽運動,月球和太陽這兩個天體的引力對地球的影響最大,其他天體都可以忽略不計。

不過雖然月球的質量要比太陽小的多,但是月球離地球的距離更近,因此月球和地球之間所產生的引力是地球和太陽之間引力的167倍。所以月球對地球的影響更大。

上圖可以看到當一個天體的一面朝向引力源的時候,這一面就會比背面受到更大的引力作用,這就是我們常說的潮汐力。

由於地球的直徑為12756千米,因此背面和正面受到的引力差異還是非常大的。

當月球和太陽處在一條直線的同一側時,兩個引力源就會對地球的一面產生最強的引力,而海水又具有非常強的可塑性。

因此海水就會在潮汐力的作用下發生聚集並高高隆起,這個時候被稱為大潮,而海水下降的地方就是低潮。

所以漲潮的地方多出來的海水來自於其他地方下降的海水,因此就淹沒了一些地勢較低的地方。

當月亮和太陽沒有在一條直線上的時候,有月球的潮汐力所產生的海水隆起較小,因此稱為小潮。那麼海水為何會拍打海岸呢?是因為海水本身在動麼?

其實恰恰相反,由於月球圍繞地球的公轉速度較慢,而地球的自轉速度明顯快於月球的公轉,因此海水的隆起就會滯後於地球的自轉。

當地球自轉時,就會不停的經過高潮和低潮的地區,因此就形成了漲潮和退潮的現象,其本身原因是地球在動,而不是海水主動在拍打海岸。

這就帶來的另外一個問題,漲潮的地方總是滯後於地球的自轉,因此地球就會和海水發生摩擦,導致地球自轉的動量損失,並且地球也會通過海水的隆起將一部分自轉動量傳遞給月球公轉速度上。

長此以往就會造成地球自轉速度減慢,月球公轉加快,使得月球逐漸遠離地球。

月球能對地球產生影響,那麼反過來地球對月球的潮汐力也會造成巨大的影響。月球剛誕生的時候,自轉速度非常快,並不是現在的自轉和公轉周期一樣,並且在早期的地球上我們也能看見月球的全貌,而不是現在只能看見月球的一面。

造成現在月球自轉、公轉同步的原因正是因為地球強大的潮汐力,因為當月球的一面朝向地球的時候,也會發生像地球上海水隆起的現象。

不過在月球上時岩石的隆起,稱為岩石潮,如果這是月球的自轉快於公轉的話,地球的引力就阻礙月球的自轉導致其減速,例如上圖中月球在逆時針自轉,但是其B點受到的引力就要大於A點。

長時間的作用就使得月球的公轉和自轉同步。

總的來說,地球上的潮汐來自於月球的引力,而海水能夠不停的拍打海岸,或者是在不同的地方發生周期性的漲潮和退潮,是因為地球的自轉要快於月球的公轉。

如果某一天地球的自轉速度減慢到和月球公轉同步時,到時地球上的潮汐現象就會消失,海水就會平靜的像一潭死水。