文章编号：14163 / 更新时间：2024-03-02 22:39:39 / 浏览：次

春江花月夜（节选）〔唐〕张若虚

春江潮水连海平，海上明月共潮生。滟滟随波千万里，何处春江无月明！ 海上明月共潮生，《春江花月夜》开篇就涉及了普遍引力定律。地球上的万物虽然与太阳、月亮隔着浩渺的太空，但仍然与太阳、月亮发生着普遍引力。潮汐的产生却不能简单地套用普遍引力公式。

一、太阳、月亮哪个贡献大对潮汐的贡献，太阳、月亮哪个？对此有两种观点：太阳是个大个子，太阳的引力最大；月亮离地球近，月亮的引力最大。这像极了《列子·汤问》中的《两小儿辩日》纯的言语争论，谁也说服不了谁，需要仔细分析，需要数据说话。潮汐的产生，来自太阳和月亮对地球海水的引潮力。这个引潮力是一个合力，不是单纯的普遍引力。

我们知道，太阳的质量比地球的大，地球的质量比月亮的大，太阳对地球的普遍引力远大于月亮对地球的普遍力。所以，地球绕着太阳转，月亮绕着地球转。故而，很容易就会得出太阳对地球海水的普遍引力要大于月亮对地球海水的普遍引力，太阳月亮对地球海水潮汐的贡献大。而实际情况恰恰相反，月球产生的引潮力是太阳产生的引潮力的2.17倍。地球上的海洋潮汐主要是由月球起的，太阳只贡献了很少一部分，太阳系内其他行星的贡献更是微不足道。

二、潮汐问题有点复杂

在分析潮汐问题时，应把球和月亮看作地月系统，月亮和地球都在围绕一个公共质心各自进行公转。这个公共质心位于地月连线上。由于地球的质量约是月球的81倍，因此公共质心更靠近地球，位于距离地球地心4671千米处。地球的半径是6371米，因此这个公共质心其实位于地球内部。所以，月球的公转看就像围绕地球旋转一样。每隔27.32天，月球绕着公共质心转一圈。在地球上看，月亮经历阴晴圆缺一个周期。地球也绕着公共质心旋转，这种旋转使得地球的自转轴产生了一定角度的倾斜，由此在地球上产生了四季变化。而月球绕地球的轨道，也因此成为一个偏心率不大、比较接圆形的椭圆形。

潮汐问题的解释远比课本中的物理学复杂，课本中物理学解决的绝大多数问题都是惯性参考系中的问题，牛顿运动定律适。而潮汐问题则是考虑地球自转和公转时的非惯性参考系，因此要引入一个新名词——惯性离心力，如此才能继续应用牛顿运动定律。

在月系统中，公共质心并不是空间中固定的一个点，而是随着地球公转、自转以及地月之间的公转不停地改变位置，形成一个非惯性参考系。而我们身球，早已经将地球看作近似惯性参考系。这是一个矛盾，于是就安排一个假想的惯性离心力来一揽子解决非惯性参考系造成的各种力学干扰。，在地球上，我们就可以继续用牛顿运动定律解释自然现象。

三、潮汐的最终形成

接下来的思维逻辑是这样的：在地球上的来，为了维持地月之间的公转，避免地球和月球因为普遍引力彼此落在对方的表面，需要假想的惯性离心力来维持旋转半径。因此，地球各处，包括海水，面对地月系统的公共质心的惯性离心力相等，且都和地月连线平行，方向都背离月球。于是，在面对月亮一侧的海水，月球对海的普遍引力较大，在抵消了一部分惯性离心力产生的引潮力后，仍然有力量将海水拉向月球。因此，海平面上升，涨潮。而在背离月球那一面海水，则由于月球的普遍引力减小，惯性离心力在抵消了一部分月球普遍引力产生的引潮力后，仍有足够力量将海水拉离地表，同样海平面上，涨潮。而在地月连线两侧的海水，由于月球的普遍引力和惯性离心力的合力引潮力改变了方向，指向地心，于是海平面下降，落潮。由地球自转周期是24小时，所以各处的海水在一天之内都按顺序经历背月一侧——侧面——向月一侧——侧面，分别出现涨潮——落潮——涨潮——落潮，一天两次。白天的涨潮叫作潮，夜晚的涨潮叫作汐，合在一起就是潮汐。同理，太阳也对海水产生潮汐作用，其产生的引潮力也是太阳对海水遍引力和日地之间惯性离心力的合力。但这个引潮力的数值要比月球产……

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