潮汐锁定的引力之舞：月球引力如何造就地球上规律的涨潮与落潮？

月球引力对地球的潮汐影响是一场精妙绝伦的引力之舞，其核心在于引力差异和地球-月球系统的运动。以下是详细的解释：

月球引力的不均匀性：

• 月球对地球施加引力。这个引力的大小随着距离的增加而减弱。
• 地球面向月球的一侧（近月点）受到的引力最强。
• 地球中心受到的引力是平均值。
• 地球背向月球的一侧（远月点）受到的引力最弱。
• 这种引力在空间上的差异被称为潮汐力。

潮汐隆起的形成（直接效应）：

• 近月点高潮： 在靠近月球的一侧，强大的月球引力将地球上的水体（以及地壳本身，但幅度小得多）“拉”向月球，形成潮汐隆起，导致海平面相对上升，这就是高潮。
• 远月点高潮： 在远离月球的一侧，月球引力最弱。然而，地球和月球作为一个系统，共同绕着它们的公共质心旋转（这个质心位于地球内部，但偏向月球一侧）。在这个旋转系统中，背向月球的一点感受到的“离心力”（更准确地说，是惯性效应）最大。这个离心效应倾向于将物体（包括海水）“甩”离旋转中心。由于月球引力在此处最弱，离心效应主导，也将海水向外推，形成了另一个潮汐隆起，同样导致高潮。
• 结果： 因此，在理想化的、没有陆地和海盆阻碍的情况下，地球表面会形成两个对称的潮汐隆起（高潮区）——一个正对月球，一个背对月球。在这两个隆起之间的区域，海水相对较少，形成低潮区。

地球自转与潮汐的周期性：

• 地球在不停地自转。当地球上的某个地点随着地球自转，依次经过：
  • 正对月球的潮汐隆起时，经历高潮。
  • 随后进入两个隆起之间的低潮区，经历低潮。
  • 接着经过背对月球的潮汐隆起，再次经历高潮。
  • 最后再次进入低潮区，经历低潮。
• 由于地球大约每24小时自转一圈，而月球也在绕地球公转（方向与地球自转相同），月球相对于地球上的固定点位置也在缓慢移动。综合结果是，月球连续两次经过某地子午线的时间间隔（称为一个太阴日）大约是24小时50分钟。
• 因此，在一个太阴日内（约24小时50分），地球上大多数海岸线会经历两次高潮和两次低潮。

太阳的作用与大潮小潮：

• 太阳也对地球施加潮汐力，产生太阳潮汐隆起。虽然太阳质量远大于月球，但它距离地球太远，因此太阳的潮汐效应强度大约只有月球的一半。
• 当新月（太阳、月球、地球大致成一直线，月球在中间）或满月（太阳、地球、月球大致成一直线，地球在中间）时，太阳潮汐隆起和月球潮汐隆起的方向一致。两者叠加，产生更高的高潮和更低的低潮，称为大潮。
• 当上弦月或下弦月（太阳、地球、月球大致成直角）时，太阳潮汐隆起和月球潮汐隆起的方向相互垂直。两者部分抵消，产生的高潮较低，低潮较高，称为小潮。

“潮汐锁定”的关联：

• “潮汐锁定”通常是指像月球被地球锁定那样，一个天体永远以同一面朝向另一个天体。这与地球上的每日两次潮汐现象没有直接关系。
• 然而，地球上的潮汐现象确实与能量传递有关。月球对地球的潮汐力引起的海水隆起，由于地球自转比月球公转快，这个隆起会被地球自转“拖”着跑，稍微超前于月球的正下方。超前隆起的引力会对月球产生一个微小的拉力，加速月球在其轨道上的运动，导致月球逐渐远离地球。同时，地球的自转会因这种引力相互作用而略微减速（一天变得越来越长）。这是一个极其漫长的过程。

总结来说：

地球上的规律性涨潮（高潮）和落潮（低潮）主要是由月球引力在地球不同位置产生的差异（潮汐力）以及地球-月球系统围绕公共质心旋转产生的离心效应共同作用形成的。这种作用在地球表面产生了两个对称的潮汐隆起。地球的自转使得地球上的任何地点大约在一个太阴日内（24小时50分） 轮流经过这两个隆起和它们之间的低洼区域，从而每天经历两次高潮和两次低潮。太阳引力的叠加或抵消则导致了大潮和小潮的周期性变化。这场“引力之舞”不仅塑造了海岸线的韵律，也在无形中缓慢地改变着地球的自转和月球的轨道。