Oceannyejsze: Dlaczego Księżyc Wykonuje Siłę Wielszą od Słońca

Przelotnie mówiąc, falgi nie są efektem przyciągnięcia

Jest lureszmy myśleć, że Księżyc „przyciąga” wodę bezpośrednio pod nim, ale to odwraca mechanizm. Księżyc przyciąga każdą część Ziemi — bliski brzeg, centrum i daleki brzeg — jednak nie równomiernie: bliski brzeg jest bliższy i odczuwa silniejsze przyciągnięcie, a daleki brzeg jest odleglejszy i odczuwa słabsze. Fala jest rezultatem różnicy na południu Ziemi, nie przyciągnięciem takim samym. Odejmując przyciągnięcie w centrum Ziemi (które rzeczywiście determinuje ruch orbitalny planety) od przyciągnięcia w dowolnym punkcie, to co pozostaje to siła powodująca falgi na tym punkcie.

Dlatego że bliski brzeg jest lekko przyciągany silniej niż średnia wartość a daleki słabsze, netto efekt rozciąga Ziemię (oraz jej oceanów) wzdłuż osi Ziemia-Księżyc — tworząc dwie nisze prawie naprzeciwko siebie, a nie jedna. Gdy Ziemia obraca się pod tym stałą osią około raz na dzień, dowolny brzeg przepuszcza przez oba nisze, dlatego większość świata widzi dwa wysokie falgi i dwa niskie w ciągu około 24 godzin 50 minut — luniowego dnia, nieco dłuższego niż słońcowy, ponieważ Księżyc sam porusza się po swojej orbicie podczas obracania się Ziemi.

Dlaczego wykładnik wynosi 3, a nie 2

Zasada ciążenia Newtona maleje jak 1/r². Siła podnosząca wody lądu pochodzi z pochodnej tej siły względem średnicy Ziemi — różniczkując 1/r² względem r, otrzymujemy czynnik r i zmniejszamy potęgę o jeden, pozostawiając siłę proporcjonalną do 1/r³:

siła ciężkości F ∝ M / r² tidal (różniczkowa) siła F_tide ∝ M · d / r³ (d = średnica Ziemi, d << r) Dodatkowy wykładnik r jest przyczyną, dlaczego odległość ma znaczenie wiele razy większe dla marek niż dla zwykłego ciężkościowego działania. Słońce ma około 27 milionów razy większą masę niż Księżyca, co powinno sprawić, że jego siła ciężkościowa na Ziemi jest całkowicie dominująca — i tak jest: siła ciężkości słońca utrzymuje Ziemię w orbicie, a Księżyca nie. Jednak Słońce jest również około 389 razy dalej, a 389³ wynosi około 59 milionów, co przewyższa korzyść masową o 27 milionów. Przeprowadź obliczenia i siła podnosząca wody Księżyca okazuje się około 2,2 razy większa od słońcowa — mniejsza masa, ale wystarczająco bliska, aby kwadrat stosunku odległości przewyższył masę.

gravitational force        F  ∝ M / r²
tidal (differential) force F_tide ∝ M · d / r³      (d = Earth's diameter, d << r)

Słońca i neap tider

Słońce powoduje własne mniejsze bulge oceaniczne wzdłuż osi Ziemia-Słońce, a ocean reaguje na wektorową sumę obu. Dwa razy na lunarny miesiąc, podczas nowego i pełnego Księżyca, Słońce, Ziemia i Księżyc są położone w linii (syzygia) i dwie bulge oceaniczne wzmacniają się nawzajem — słońca, z niezwykle dużym rozstępem między wodą wyższą a niską. To nie ma nic wspólnego z sezonami; „spring” tutaj oznacza, że tide „wyskoczy”.

nowy Księżyk / pełny Księżyk → Słońce + Księżyc w linii → SŁONCA (maksymalny rozstęp) połowa pierwsza / trzecia → Słońce + Księżyc pod kątem 90° → NEAP tider (minimalny rozstęp) Podczas połowy pierwszej i trzeciej Księżyca kąt między Słońcem a Księżycem jest blisko 90° z punktu widzenia Ziemi, a bulge Słońca częściowo wypełnia niski bulge Księżycowy i częściowo spłaszczona jest jego wysoka bulge — neap tider, z niezwykle małym rozstępem. Ewentualna modulacja dodatkowa powstająca ze względu na ekkcentryczność orbity Księżyca oraz okres miedzy.monthowy zmiany odległości Księżyca daje drugą modulację (perigean versus apogean tider) na topie tego, dlatego nie wszystkie słońca są równo duże.

new moon / full moon  →  Sun + Moon aligned      →  SPRING tide (max range)
first / third quarter →  Sun + Moon at 90°        →  NEAP tide   (min range)

Dlaczego rzeczywiste wybrzeża nie przypominają prostej modeli

Obraz z dwoma wzniesieniami powyżej przedstawia równowagową furtwę — to, jak powinna wyglądać powierzchnia oceanu, gdyby była w stanie odnosić się do siły podnoszącej wodę natychmiastowo, bez przeszkód ziemskich. Rzeczywiste oceany nie mogą działać tak: woda jest ograniczona do basenów, które mają swój własny naturalny okres drgania, a obrót Ziemi odchyla poruszającą się wodę poprzez efekt Coriolisa. Wynikiem jest to, że każdy basen oceaniczny ma swój własny rezonansowy reagowanie, często obracające się wokół punktu bez furtwy nazywanego punktem amphidromicznym. To dlatego Baie Fundy widzi rozmiary fal nadmorskich ponad 15 metrów — jego basen przypadkowo rezonuje blisko okresu podnoszenia morskiego — podczas gdy brzegi otwartych wybrzeży Atlantyku sąbliższych do metra pod tym samym wpływem lunar i słonecznym.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Ocean Tides i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.