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月球是如何让地球潮起潮落的?
我们都知道月球和地球有密切的关系,它们除了公转、自转,还有什么关系呢?我们这一节就会揭开它们之间的另一个秘密。
对大海了解的人,或者到过海边的人都知道,刚还平静的海水忽然变了脸,掀起滔天巨浪卷了过来,爱好踏浪的人会乘风破浪在浪尖上耍酷。此时的大海波浪滚滚,景色十分壮观,这就是涨潮。退潮时,海水悄然退去,露出一片海滩,海滩上还会有各种来不及撤离的海螺、海鱼在浅水里挣扎,有的人会专门在退潮的时候捡拾这些不幸的家伙。
海水的涨落发生在白天叫潮,发生在夜间叫汐,所以也叫潮汐。涨潮和落潮一般一天有两次,在涨潮和落潮之间有一段时间水位处于不涨不落的状态,叫作平潮,这时的大海最温顺,人家说的心如海阔,指的就是这个时候吧。
古人很纳闷这种潮起潮落有规律的古怪现象,不知道什么原因造成的。后来有人就发现,潮汐每天都不是那么准时,总要推迟一会儿,推迟的时间和月亮每天迟到的时间是一样的,他们猜想潮汐和月球一定有必然的联系。
拉普拉斯根据牛顿的万有引力定律,从数学上证明潮汐现象确实是由太阳和月亮,主要还是由月亮的引力造成的。
平均来说月亮的周期运动与海潮的涨落规律相符合,即高潮恰巧比月亮经过当地子午圈晚了三刻钟。这就是说,如果今天月亮在天空某处时海潮涨起,以后月亮又到那一处了,一定又会有高潮,天天如此,月月年年亦复如此。
这样我们很容易理解,月亮用它加在海洋上的引力造成了这种潮汐,月亮在经过任何天空时都会吸引起当地的水。不太好懂的是一天有两次潮。地球那边背对着月亮的地方也有涨潮。
对于这个问题,我们可以再学习一下我们刚才提过的万有引力的知识:和距离的平方成反比的是引力的大小,也可以这样说,受到的引力越小,说明是离月亮越远的地方。所以,地球背面受到的引力相对就要小一些,靠近月亮的那一面所受到的引力比较大。这种差异所产生的效果,就好像是有一种力量将地球拉扁了一样,而这扁的方向,就是正对和背对月亮的方向,也就是潮汐了。幸亏是海水啊,如果是陆地的话,就真如动画片里的海绵宝宝,一拉一缩的,那我们在陆地上也会跟着跳舞。当然这是不可能的。
假如月亮加在地球上的吸引力一直在同一方向,过不了几天,两者就要“砰”的一声,撞在一起了,那样地球就可以拥抱月亮了。这样的情形永远也不会出现,因为月亮绕地球转,这吸引的方向一直在改变。这样一个月内,月亮要把地球拉离其平均位置约5000千米。月亮是不是拉绳的好手啊,你比我大了不起,我就是要使劲拉、拉、拉……
有人也许会假定,既然月亮会引起潮汐,我们就理所当然地认为当月亮在子午圈上时有高潮,在地平线上就是低潮了。真实的情况却不是这样的:首先,潮汐现象相对月亮位置的变化有一个延迟现象,因为地球所拥有的无比巨大的水体所造成的强大惯性牵制了它。这潮汐运动在月亮离开子午圈后还要继续下去,这正像一块石子离开手后还向上冲去,是因为力还在起作用,而波浪也被水的动力推向高于水平面的岸上一样。其次,大陆的隔断,海潮一旦遇上大陆就会按大陆情形而改变方向,但由一点转向另一点又需要长时间。这样我们比较各地潮汐时就会发现它并不规则了。通常,这个延迟的时间只有45分钟,时间上差距不大。
就连太阳也同月亮一样要引起潮汐,但太阳的作用比较小。有兴趣的小朋友可以根据我们曾经给出的数据和方法或者参考教科书,按照引力的平方规律来算出太阳和月亮引潮能力的不同。这样会学到有用的知识,动手能力毕竟永远排在第一位。
这节我们学习了月亮和地球互相牵引引起的潮汐,小朋友们看完有什么感想和收获,可以做个笔记或者动手做一做。距离大海近的小朋友也可以和家长去海边,体验一下涨潮时的真实情形,等到退潮时,看那些被海水留下的家伙是怎么逃回大海的。当然你也可以协助它们回归大海。