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大潮(上)和小潮(下)示意图

  因月球和太阳对地球各处引力不同所引起的水位、地壳、大气的周期性升降现象。海洋水面发生周期性的涨落现象称为海潮,地壳相应的现象称为陆潮(又称固体潮),在大气则称为气潮。上述三种潮汐中海潮最为明显。中国古代对海潮早就作过细致的观测。汉代哲学家王充在他的《论衡》一书中提出“涛之起也,随月盛衰”,指明潮汐与月相变化有关。十七世纪,牛顿用引力定律科学地说明海潮是月球和太阳对海水的吸引所引起的。至于陆潮和气潮,都是相当小的,一般必须用精密仪器才能测出。

  在天文学中,潮汐这一概念目前已被引伸到其他天体的研究中来,成为研究某些天体的形状、距离、运动和演化等不可缺少的因素。

大潮和小潮

  由月球的引力所引起的潮汐称太阴潮。一个太阴日(月球连续两次上中天的时间间隔)长约24小时50分,在这期间地球表面上同一点发生两次涨潮,两次落潮,因此连续两次涨潮的间隔时间约为12小时25分。太阳和月球一样,也会引起潮汐,称为太阳潮。被吸引天体某部分受到的引力与该天体中心同样质量的部分受到的引力之差称为起潮力。太阳或月球对地球上同一点所产生的起潮力,与太阳或月球的质量成正比,而与它们同地球之间的距离的立方成反比。因此,太阳的质量虽然是月球的质量的2,700万倍,但月球同地球的距离只有太阳同地球距离的1/390,所以月球的起潮力为太阳的起潮力的2.25倍。太阳潮通常难于单独观测到,它只是增强或减弱太阴潮,从而造成大潮和小潮。在朔日和望日发生大潮,因为那时月球、太阳和地球几乎在同一直线上,太阴潮和太阳潮彼此相加,以致涨潮特别高,落潮特别低。在朔日和望日,如果月球又经过近地点,涨潮和落潮的高度差异就更大。上下弦的时候发生小潮,因为那时月球和太阳的黄经相距90°,太阴潮被太阳潮抵消了一部分。

潮汐与地球自转变慢

  潮汐对地球自转有一种制动作用,能使地球自转逐渐变慢。对古代日食记录的分析研究表明,地球的自转周期每个世纪变长1~2毫秒。这个变化虽然很小,可是经过长期积累,便颇为可观。从对古珊瑚化石生长线(环脊)的研究得知,在37,000万年前,每年约有400天左右,即当时地球的自转周期约为目前地球的自转周期的9/10。

  月球以它的同一半球对着地球,其他行星的几个卫星也有同样的情况。这可以解释为是由主星作用于伴星上的长期潮汐摩擦所造成的。

潮汐对天体的作用

  一个小天体(伴星)围绕一个大天体(主星)运行,若伴星的轨道逐渐缩小到临界半径以内,伴星就会被主星的起潮力分裂为碎片。这个临界半径值是法国数学家洛希于1848年求出的,所以称为洛希极限。位于洛希极限内的土星光环(见行星环),系由许多小块物质组成,这一光环很可能是土星的一颗卫星进入洛希极限后分裂形成的。

  许多双星都有潮汐干扰的迹象。双星成员的形状一般是椭球,而不是正球。通常用扁率定量地表示这种椭球体的形状。一般说来,一颗星绕另一颗星运动的周期愈短,扁率愈大。这种现象至少一部分是由双星之间的起潮力造成的。密近双星,彼此间由于潮汐作用,常常还会发生质量交流

  对于星团而言,银河系的较差自转(见银河系自转)和银河系对星团的起潮力,是导致星团逐渐瓦解的重要因素。

  有些河外星系是双重星系或多重星系(见星系成团)。在距离很接近的双重星系之间往往存在着物质“桥”,天文学家认为这可能是彼此之间的起潮力引起的。通过中性氢21厘米谱线的射电观测,已经发现有伴星系的旋涡星系形状不对称,一个显著的例子便是旋涡星系M101(NGC5457);反之,对无伴星系的旋涡星系来说,则未发现形状上的畸变。前者很可能是由于潮汐造成的。

  参考书目

  李珩编译:《潮汐(海潮、陆潮与气潮)》,科学出版社,北京,1973。

  H.Jeffreys, The Earth, Cambridge Univ. Press,Cambridge,1959.

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