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漲潮的海水究竟是來自哪裏?退潮後的海水又去了哪裏?

2024-07-14科學

無論是在海邊遊玩還是在電視上觀看,我們都能看到海水不斷拍打海岸線,漲潮時海水淹沒一些島嶼或海岸線,退潮時這些地方又露出水面。

那麽問題來了,漲潮時這些海水從哪裏來?退潮後它們又去哪了?要弄清這個問題,我們需要了解潮汐是如何產生的。

在牛頓提出萬有重力之前,人們無法理解潮汐現象,也不明白為何我們能穩穩地站在地球上。

小時候你可能也曾疑惑,地球是圓的,那麽地球另一邊的人豈不是頭朝下,他們為什麽不會掉下去?

我小時候也有這樣的困惑,但未能找到答案。這讓我一直疑惑:人為什麽能穩穩站在地球上?這就是普通人與大神的區別。

牛頓透過觀察物體在沒有支撐力時會自由下落,意識到物體受到一種向下的力,這個力導致物體下落。

那麽是誰施加了這個力?牛頓想到地球,從而提出了萬有重力的驚人觀點,萬有重力和三大定律構建了一套完整的經典力學體系。

這是近代科學的開端,人們用這套理論科學地解釋地球上看到的所有宏觀物理現象,揭示了天體運動的本質。

這也解決了我兒時的困惑:地球另一邊的人為什麽不會掉下去。用這套理論解釋海洋的潮汐現象,同樣合適。

但要解決這個問題,僅靠地球是不夠的。地球勻速自轉,沒有急剎或加速,按理說海洋應該非常平靜,不會出現漲潮和退潮。

除了海洋,地球上的其他物體都跟隨地球平穩運動,為何海水例外?

這裏需要提到最近的天體月球和最近的恒星太陽。月球受到地球重力束縛,以28天為周期繞地球運動。

而地球和月球這個系統又受太陽重力束縛,以365天為周期繞太陽運動。月球和太陽的重力對地球影響最大,其他天體的影響可以忽略。

盡管月球品質遠小於太陽,但它離地球更近,因此月球與地球之間的重力是地球與太陽之間重力的167倍,月球的影響更大。

當一個天體的一面朝向重力源時,這一面受的重力大於背面,這就是我們常說的潮汐力。

地球直徑為12756千米,正面和背面受到的重力差異明顯。

當月球和太陽處於同一側的一條直線上時,兩個重力源在地球一面產生最強重力,而海水具有很強的流動性。

因此海水在潮汐力作用下聚集並高高隆起,這被稱為大潮,海水下降的地方就是低潮。

漲潮時多出的海水來自其他地方的海水下降,因此淹沒了一些低窪地區。

當月球和太陽不在一條直線上時,月球潮汐力產生的海水隆起較小,稱為小潮。為什麽海水會拍打海岸?是因為海水在動嗎?

實際上恰恰相反,月球繞地球公轉速度較慢,而地球自轉速度明顯快於月球公轉,因此海水隆起滯後於地球自轉。

地球自轉時,不斷經過高潮和低潮地區,形成漲潮和退潮現象,其本質是地球在動,而非海水主動拍打海岸。

這帶來另一個問題,漲潮總是滯後於地球自轉,因此地球與海水摩擦,導致地球自轉動量損失,部份動量傳遞給月球公轉速度。

長期如此,地球自轉速度減慢,月球公轉加快,月球逐漸遠離地球。

月球能影響地球,反之地球對月球的潮汐力也有巨大影響。月球誕生初期自轉速度快,不像現在自轉與公轉同步,早期地球上也能看到月球全貌。

現在月球自轉與公轉同步,是因為地球強大的潮汐力。當月球一面朝向地球時,會像地球上海水隆起一樣,月球上巖石隆起,稱為巖石潮。

如果月球自轉快於公轉,地球重力會阻礙其自轉減速,長期作用下使月球自轉與公轉同步。

總之,地球潮汐由月球重力產生,海水不斷拍打海岸,周期性漲潮退潮,是因為地球自轉快於月球公轉。

若有一天地球自轉速度減慢到與月球公轉同步,地球上的潮汐現象將消失,海水將如一潭死水般平靜。#深度好文計劃#