在理論推理和數理分析的基礎上，獲得了地球產生周期性漲落變形的潮汐力表達式，由潮汐力導致的潮汐，其波長和振幅隨地球離黃道面的遠近不同而變化，隨著距離增加，波長與振幅逐漸減小，但同一環線上振幅各點一致，周期約12h地球的脹縮特性和沿軌道徑向的變化速度，是影響地球潮汐能量的決定因素之一，地球公轉軌道的 2 68°1 5′處為潮汐能量最大處。地球的潮汐力是由橢圓軌道運動產生的，由於月球的軌道運動是以地球為焦點，所以在月球上可以產生受地球影響的潮汐，而不可以產生相反的潮汐，因為海水或岩漿沒有以月球為焦點的軌道運動 。
當引力源對物體產生力的作用時，由於物體上各點到引力源距離不等 所以受到引力大小不同 從而產生引力差，對物體產生撕扯效果，這種引力差就是潮汐力。
基本介紹
- 中文名：潮汐力
- 外文名：tidal force
- 名詞領域：天體力學
- 產生原因：各點引力大小不同產生的引力差
- 拼音：chao xi li
- 影響：漲潮
名詞解釋,分類,天體潮汐力,地球潮汐力,產生的原因,影響因素,研究,影響,實例,
名詞解釋
潮汐力會改變天體的形狀而不改變其體積。地球的每部分都受到月球的引力影響而加速，在地球的觀察者因此看到海洋內的水不斷重新分布。
在日常生活中 潮汐力很難被察覺出來 但是一旦處在一個強引力場中 這種效果將會非常明顯（比如黑洞附近）。
有人認為可以通過黑洞進入時空隧道 但你在靠近黑洞的時候 強大的潮汐力就足以將你撕成碎片。
潮汐力就是萬有引力的微小差別所引起的作用。更嚴格地說，是萬有引力與慣性離心力的差值。
對於月球與地球的關係而言，月球對於地球表面的不同地點的引力是有差別的。這個差別導致了地球上的不同地點向月球有不同的降落速度，於是地球因此發生了變形，由正球體變成了長球體（在地月連線的方向被拉長）。又加之地球的自轉和月球的公轉，因此，地球上的海水就發生了周期性的升降現象。
分類
天體潮汐力
近年來，行星形成理論與系統動力學已經成為天體力學方向的一個重要領域。隨著系外行星探測的不斷深入，各種與太陽系相比特徵迥異的系外行星和系統構型被發現。大批離恆星極近的行星被發現，它們周期只有幾天，從而會受到強烈的潮汐耗散作用。很多多行星系統中相鄰行星的周期比都接近簡單整數比，這預示著它們很可能處在平運動共振。行星的軌道面與恆星的赤道面夾角的範圍也從太陽系內的行星的≤7°擴展到0°～180°的整個有效範圍，出現了不少逆行的熱木星。這些新現象在挑戰傳統的行星形成理論與系統動力學的同時，也為其進一步的完善和發展提供了前所未有的機遇。本文將基於最新的觀測數據和統計特徵，從系統動力學角度出發，將潮汐作用與諸共振相結合，研究行星演化過程中的不同構型。本文首先回顧了與潮汐力和共振相關的系外行星方面的主要套用和最新進展。然後分別給出了最經典的和當前最常用的潮汐模型的推導和各根數的平均變化率，近距離接觸了平衡潮模型的簡化假設和建模過程。之後從動力學角度出發，利用數值模擬和理論分析相結合的方法，具體研究了以下三個問題：行星的自轉-軌道共振對其軌道偏心率的影響；潮汐作用下近2：1平運動共振和Laplace共振的演化特點；盤引力對空洞內行星軌道激發的促進作用。同時考慮潮汐耗散和行星形變產生的引力，本文第三章得出結論，處於非同步自轉-軌道共振比處於半平衡狀態下的行星軌道耗散速率更大，從而偏心率也被圓化的更快。為解釋HD40307系統中三行星近2：1的兩個周期比的形成，本文第四章分不同情況模擬它們的演化路徑。如果行星在氣體盤消散後的演化很穩定，由行星間相互作用產生的偏心率很小(～10-4)，導致周期比的變化時標遠大於系統的年齡。而如果行星經歷過不穩定階段，在期間產生的自由偏心率便可以有效的加速周期比的演化。在這種情況下，存在三條路徑可以達到當前構型，三條路徑的半長徑初值分別對應周期比平面上的三個不同區域。由此可推斷，氣體盤耗散後的不穩定階段是系統在潮汐作用下從2：1共振演化到當前構型的必要條件。本文第五章針對最新觀測到的逆行熱木星，提出一種可以減小軌道激發的臨界傾角的機制。考慮外氣體盤的引力，空洞內的行星在合適位置上會發生長期共振，長期共振激發的軌道傾角義有可能引發行星之間的Kozai共振，從而激發內行星的偏心率和傾角。我們發展了長期攝動下三體問題的根數變化率方程(從相對於不變平面的形式擴展到相對於任意平面的形式)，並給出了二維盤引力下各根數的變化率，把這兩部分線性疊加而得到的演化方程可以很好的近似N體模擬的結果。利用演化方程對參數空間的掃描，我們初步給出了可以形成逆行熱木星的臨界條件，並較完整地討論了各個相關參數的影響。
地球潮汐力
通過分析1984年11月～1994年12月期間松代地區地震台陣記錄到的震群，研究了地震發生與地球潮汐之間的相互關係。震群活動顯示出多次地震簇發觀象。我們摒棄了這些簇發地震，因為其妨礙研究地震的發生與地球潮汐之間有無關係。我們利用了日本氣象廳(後面簡稱“氣象廳”)松代地震觀測台設定的伸縮儀記錄的東西、南北兩個分向潮汐應變資料。我們將舒斯特檢驗用於松代震群。對震群中的地震是隨機發生的假說進行了檢驗，證明這一假說不適用東西分量。當東西向的潮汐應變處於壓縮狀態時，地震容易發生。該結果與松代地區根據震源機制或應力測量獲得的應力場基本相符。我們考查了發震與地球潮汐相關的空間變化。在松代地區西北部顯示了明顯的相關。最大的地震(1986年12月30日發生的5.2級地震)就發生於這個小區附近。進一步研究了該小區內這種相關的時間變化。5.2級地震之後，發震與地球潮汐之間的相關增強，震前，其相關很弱。這表明，最大地震引起的應變變化使得該區內相關性增強。
產生的原因
關於潮汐力產生的原因有人提出了新的觀點，內容摘要如下： 地球既進行自轉又進行公轉，並且自轉和公轉的方向相同，那么地球面向太陽的部分繞太陽運動的速度就是公轉速度減去自轉速度，速度變小，離心力變小，太陽對它的吸引力大於它繞太陽運動的離心力，所以會隆起；地球背離太陽的部分繞太陽運動的速度是公轉速度加上自轉速度，速度變大，離心力變大，它繞太陽運動的離心力大於太陽對它的吸引力，所以也會隆起，這就形成了太陽潮。
由於月亮的存在，地月質心偏離了地球中心，地月質心對地球上的物質來說猶如橢圓軌道的一個焦點，地球在自轉時地球和月亮的共同作用迫使地球上的物質向橢圓軌道發展，所以在地球面向月亮和背離月亮的部分都會隆起，這就形成了太陰潮。完整內容請參看擴展閱讀中的《潮汐力的本質》。
影響因素
在理論推理和數理分析的基礎上 ，獲得了地球產生周期性漲落變形的潮汐力表達式 .由潮汐力導致的潮汐 ，其波長和振幅隨地球離黃道面的遠近不同而變化 ，隨著距離增加 ，波長與振幅逐漸減小 ，但同一環線上振幅各點一致 ，周期約 1 2 h.地球的脹縮特性和沿軌道徑向的變化速度 ，是影響地球潮汐能量的決定因素之一 ，地球公轉軌道的 2 68°1 5′處為潮汐能量最大處 .地球的潮汐力是由橢圓軌道運動產生的 ，由於月球的軌道運動是以地球為焦點 ，所以在月球上可以產生受地球影響的潮汐 ，而不可以產生相反的潮汐 ，因為海水或岩漿沒有以月球為焦點的軌道運動 。
潮汐力是廣義相對論中等效原理中真實引力場和非慣性系的重要差別之一。地球上海水的潮汐現象是由於月球和太陽的萬有引力作用，海洋水面發生周期性的漲落現象。為了突出萬有引力的作用我們暫且忽略地球的公轉、自轉及氣象變化的影響，也不考慮月球繞地球轉動的軌道平面的法線與地軸的傾角，並且假設地球的表面被海水所包圍，水面處於平衡狀態。
研究
影響
在非均勻引力場中由於引力分布的不均勻性使其中物體受到的成對的拉力。太陽、地球及月球等天體的引力場都是球對稱引力場，引力場的強度與觀察點到星球中心距離的平方成反比，因此都是非均勻場。處在這種非均勻場中的物體，若其大小不可忽略時，它各部分單位質量所受的引力將不同。若地球表面某人身高1. 8米，其重 心所在處的重力加速度為g，頭部距地心比足部遠，頭部單位質量所受重力小於g，而足部單位質量所受重力大於 g(如圖所 示)。這種情況等效為：此人各部分除受均勻的單位質量重力g外，再附加一對向兩側外拉的潮汐力。經實際測試與理論計算可知，身高為1.8米的人在直立時，足部單位質量所受重力相當頭部單位質量所受重力的1.000 000 8倍，若此人體重 900牛，則他除了受有900牛的重力外，還同時 受到一對大小約為7×10牛的拉力。此拉力 有將他的頭與腳分開的勢。這就是此人在地 面所受到的潮汐力。
由於天體引力場的強度隨著距離的加大而減小，物體在天體引力場中受到的潮汐力都有把物體拉長的趨勢。在月球或太陽引力場的潮汐力作用下，海水表面沿月地或日地連線拉長，引起海水的周期運動而形成潮汐。垂直地表的潮汐力表現為海平面的升降;平行於地表的潮汐力表現為海流。潮汐力與人類的關係極為密切。海岸工程、船舶航行、魚類活動、河口淤積等都與潮汐力有關。海水的潮汐水位差和潮汐流都是廉價的動力資源。近年來世界各地已有許多利用潮汐流或潮汐落差發電的設施。潮汐力還可以引起天體周圍氣層發生大氣潮，也可使天體內部不同殼層之間相對運動而形成固體潮。由海水潮、大氣潮與固體潮引起的摩擦統稱潮汐摩擦。潮汐摩擦消耗天體在引力場中的總能量，因而使其運動速度減緩。潮汐力的大小與物體的線度大小、引力場的強度及不均勻性都有關係，若引力場及其不均勻性足夠強，處在引力場中的物體又足夠大，則物體受到的潮汐力極大，不僅能使物體明顯地被拉伸，甚至可能因拉伸而解體。
月球與地球相距38萬千米，月球大約以27天的周期環繞地球運行。這兩個數據都與潮汐力的作用有關。在地球潮汐力的作用下，月球沿月地連線被拉長，月球不能與地球距離太近，否則會因潮汐力加大到超過限度被體。 月球又不能距離地球太遠，因為月地聯合體在 環繞太陽運行，隨著月地距離的加大，這個聯合體受到太陽引力場的潮汐力也將加大，月地距離過大時，太陽引力場的潮汐力會使月地體系解體。在地球、太陽引力場的潮汐力作用下，月球和地球恰好維持38萬千米的距離，從而保持月球以27天左右的周期環繞地球運行。
實例
月嶺形成機制分析
月嶺作為月表常見的線性構造類型之一，具有一定的分布規律。利用LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)的DEM數據提取月嶺剖面並進行了構造分析，認為月嶺主體為逆沖斷層疊加牽引褶皺的擠壓構造形成機制。前人多用月海盆地沉降疊加月球熱能收縮解釋月嶺的成因，但它無法解釋盆地中央月嶺呈近南北向的優選方位，這種現象可能是受到近東西向區域性擠壓應力的影響，與潮汐力對月球中低緯度區域的應力作用狀態相符，推測潮汐力可能是盆地中央月嶺形成的主因。綜合利用嫦娥一號CCD影像數據、Lunar Orbiter和LRO全色波段影像數據，解譯識別出月球正面中低緯度1 464條月嶺。對其進行方向統計，結果表明，月嶺整體走向也與Melosh預測的在潮汐力作用下形成的構造樣式相似。由此推測，月嶺的展布與潮汐力具有很強的相關性，進一步論證了月嶺的形成與潮汐力有關。
波形的影響
潮汐地電場表現出近正弦形態，形態持續全天屬TGF-A型，只在午前午後出現屬TGF-B型，兩類潮汐地電場前5階諧波周期分別是23～24、12、7.9、6、4.8 h.不同場地的潮汐地電場振幅譜可能有差異，周期變化的徑向、切向月球潮汐力的振幅譜也存在差異.岩石裂隙面分布不同，則各向潮汐力對裂隙的作用效果不同，這可能是導致潮汐地電場振幅譜差異的因素.同場地，岩石裂隙優勢走向可能會導致潮汐地電場各向波幅、穩定性特徵出現較大差異，沿裂隙優勢走向的潮汐地電場波幅大、穩定，垂直裂隙優勢走向的波幅小、穩定性差，網路狀裂隙易使潮汐地電場各向波形特徵接近.利用潮汐地電場波形特徵及振幅譜，可能判斷出岩石裂隙水滲流方位、裂隙面方向，在數個場地裂隙優勢走向的分析結果與套用區域應力場或局部應力場的分析結果一致。
