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2013 年 12 月 2 日

太陽系的前世今生 (336):潮汐力的奧祕

提供者 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 地球 上的漲潮退潮之 潮汐現象 (Tides) 是 月球 對於 地球表面的引力 (或稱為 潮汐力 (tides force) )所造成的影響, 因為 地球規律地自轉 (rotation,或 spins)、 公轉 (Orbit) 和 月球繞行地球規律的運動 , 使得地球上潮汐的起落有著規律周期的變換。 依據牛頓對於 萬有引力 (重力Gravitation) 的描述 (Newton's law of universal gravitation),宇宙中的每個質點與其他質點之間, 都存在著一種由 質量 引起的交互作用力, 其作用力的大小與兩質點質量乘積成正比、與其間的距離的平方成反比,這種交互作用稱為重力。 但是,像地球和月球這般的物體怎可以簡單地視為質點呢? 在地球上, 靠近月球的這面 因為比背對月球的那面距離來得近,所形成的重力當然會來得比較大。 這種因距離位置的不同所引起的重力差異,我們稱它為潮汐力 (Tidal force)。 正因為這種潮汐作用 (Tidal action) 使得各行星和它的衛星間產生下述的現象:

        1、 內部都會有藉由 潮汐加速 (Tidal acceleration) 現象摩擦產生熱源。

        2、 地表流體產生 潮汐隆起 (Tidal bulge) 作用。一般固體形變不明顯,流體形變比較明顯,對於海水而言,就是漲退潮。

        3、 行星和它的衛星長期的互動規律運行中,地表形狀形成 潮汐變形 (Tidal deformation); 且減慢了自轉的速度,直到衛星的自轉和繞行行星公轉成同步的 潮汐鎖定現象 (tidal locking)。 以月球為例,就是人類有史以來所見到的月球總是以相同的面朝向地球現象。 換言之,許多 行星 (Planets) 的 衛星 (Moons) 都會有類似月球總以相同的面朝向自己繞行的行星。 若兩星體的距離比於 洛希極限 (Roche limit) ,衛星體就會傾向碎散,繼而成為行星體的環。

        依據 太陽 (Sun) 和月球在地球的方位不同,它們對於地球的潮汐力的合力大小與方向也有所差異。 當三星體連線呈一線時 (無論是日月地或是日地月的順序, 朔或望),它們的潮汐力總合最大, 此時地面海水升落高度落差也是最大,我們稱它為「大潮」 (spring tide)。 而當日地連現垂直月地連線時(無論是上弦或是下弦) ,它們的潮汐力總合最小,此時地面海水升落高度落差也是最小, 我們稱它為「小潮」(neap tide)。近期有統計研究指出,在大潮的前後因引潮汐力的作用,使得發生重大地震等地形變化的機率會增大。

明日主題 : 太陽系的前世今生 (337):潮汐鎖定現象使得月球總是以相同的這一面朝向地球
天文史上的今天 : 1937 年 12 月 31 日,以色列生物化學阿夫拉姆•赫什科(Avram Hershko,1937.12.31.-)出生。他因 與以色列生物學家阿龍•切哈諾沃 (Aaron Ciechanover,1947.10.1.-)、美國生物學家歐文•羅斯 (Irwin Rose,1926.7.16.-) 發現了泛素調解的蛋白質降解 (ubiquitin-mediated protein degradation),而共同榮獲得 2004 年諾貝爾化學獎。
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