地球在不同天文背景下的公转对地球的影响
关凤晨 关春波
(牡丹江天利佳日热电有限有责任公司 牡丹江 157013)(黑龙江技师学院 鸡西 158100)
地球之外的天体引力对地球动力学特性起着复杂的影响过程。地球与月球之间,地月系与太阳之间,太阳系与银河系之间的相互公转或旋转对地球物理意义上的影响是有明确区别的。
首先,地球和月球之间的引力和互为公转离心力的关系就十分复杂而微妙。
过去传统的观点认为“潮汐现象实质上是由于月球对地球中心和地表海水的引力之差产生的”①这个观点是有很大问题。现实的问题是:在地球上靠向月球方向海水的上涨,无疑是由于月球引力引起的;但是在地球背向月球方向海水上涨,却是地月之间公转离心力作用的结果,“目前把地球和月球绕它们的引力中心即公共质量中心(离地球的中心约4670公里处)旋转”,公共质量中心是在地心和月心连线上并靠在月球的方向上。地月公转离心力可以等效成质量天球上对地球的引力(但不是月球的引力),它和月球引力相对于地月公转的公共质量中心对称分面,使得月球对地球表面潮汐对称分布。
然而,太阳和月亮对地球的潮汐力(起潮力,含天体引力和公转离心力)在时空方向的性质上,又有本质上的差别。太阳对地球的潮汐引力,在地球上朝向太阳的一面也无凝是由太阳引力引起的,但在地球上背离太阳的一面又要分成两种情况。第一种情况,当太阳质量中心,地月公共质量中心、地心、月心共处同一平面(特别是同一条直成上时)太阳对地球的引力潮汐和离心力(或称太阳反向等效质量天球上的引力)潮汐对称分布,且与月球的潮汐力相加,使地球潮汐表现出最大潮。第二种情况,当地月公共质量中心、地心、月心在同一条直成上,而太阳质量中心和地月质量中心的连线垂直时,地月系相对于太阳的公转离心力最大值在地月公共质心上,而不在地球表面背向太阳的方向上,太阳的引力潮汐和地球表面相对于太阳的公转离心力潮汐不对称。这与月球对地球的引力潮汐和离心力潮汐的对称性是有明显区别的。
特别是,地球和日月以外更多的星球,以至于银河系中心,没有直接的公转离心力关系,所以其更多天体对地球的潮汐引力作用引起的潮汐现象无几何对称关系即地表潮汐是非对称的。有人说:“更何况对太阳而言,行星对它的起潮力是左右对称的,行星会聚在同一侧与分散在两侧,潮汐力并无什么不同”①的观点是错误的。如果地球与月球的地月系,还有一个与月球质量相当并有与月球不同绕地旋转的周期,那么新地月系的潮汐就将是非对称性的。
但是,由于月球对地球的引力作用过程,存在着互相绕转的公共质量中心,使地球背向月球的一面有公转离心力作用,也有起潮力。如果当其潮高大小与面向月球引力潮汐相等时,那么在系统周期内,当月球处在最高纬度时,则月球的引力与公转离心力等效天体引力,二力作用在地球表面上的东西向差动力之代数和F=0;当月球在地球的赤道位置时,则月球引力与公转离心力等效天体引力,二力作用在地球表面上的东西向差动力之代数和F=4Acosω1x1cosx1。
因此,太阳对于地球也存在:当太阳质量中心,地月公共质量中心、地心、月心等共处于同一平面(特别是处于同一条直成上)时,产生引力和公转离心力等起潮力的对称性;以及非共面共线时的非对称性。因此研究太阳对地球表面东西向差动力问题,不能仅考虑(Fx1,x2)=A[cos3.83x1+cos(0.986x2+Φ)] cosx1的一般性问题②,而必须将其公转离心力的等效天体引力成份考虑进去。
由于银河系中心与地球没有直接的相互公转关系,也就是说,至少地球是在太阳系的公转系统内相对于银河系中心旋转,也就是说,银河系的中心对地球的引力使地球表面的潮汐非对称性,才使现在地球总体呈现“梨形”形状和地球表面地质结构南北纬50°之间呈现出“S”型扭曲的问题。
一般地情况下,作用在地球上的天体引力可分为两类四种,这是普遍性问题,但是相对于不同的参考天体系统背景,又有其自身的复杂性和特殊性。
参考文献
关凤晨 关春波
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地球之外的天体引力对地球动力学特性起着复杂的影响过程。地球与月球之间,地月系与太阳之间,太阳系与银河系之间的相互公转或旋转对地球物理意义上的影响是有明确区别的。
首先,地球和月球之间的引力和互为公转离心力的关系就十分复杂而微妙。
过去传统的观点认为“潮汐现象实质上是由于月球对地球中心和地表海水的引力之差产生的”①这个观点是有很大问题。现实的问题是:在地球上靠向月球方向海水的上涨,无疑是由于月球引力引起的;但是在地球背向月球方向海水上涨,却是地月之间公转离心力作用的结果,“目前把地球和月球绕它们的引力中心即公共质量中心(离地球的中心约4670公里处)旋转”,公共质量中心是在地心和月心连线上并靠在月球的方向上。地月公转离心力可以等效成质量天球上对地球的引力(但不是月球的引力),它和月球引力相对于地月公转的公共质量中心对称分面,使得月球对地球表面潮汐对称分布。
然而,太阳和月亮对地球的潮汐力(起潮力,含天体引力和公转离心力)在时空方向的性质上,又有本质上的差别。太阳对地球的潮汐引力,在地球上朝向太阳的一面也无凝是由太阳引力引起的,但在地球上背离太阳的一面又要分成两种情况。第一种情况,当太阳质量中心,地月公共质量中心、地心、月心共处同一平面(特别是同一条直成上时)太阳对地球的引力潮汐和离心力(或称太阳反向等效质量天球上的引力)潮汐对称分布,且与月球的潮汐力相加,使地球潮汐表现出最大潮。第二种情况,当地月公共质量中心、地心、月心在同一条直成上,而太阳质量中心和地月质量中心的连线垂直时,地月系相对于太阳的公转离心力最大值在地月公共质心上,而不在地球表面背向太阳的方向上,太阳的引力潮汐和地球表面相对于太阳的公转离心力潮汐不对称。这与月球对地球的引力潮汐和离心力潮汐的对称性是有明显区别的。
特别是,地球和日月以外更多的星球,以至于银河系中心,没有直接的公转离心力关系,所以其更多天体对地球的潮汐引力作用引起的潮汐现象无几何对称关系即地表潮汐是非对称的。有人说:“更何况对太阳而言,行星对它的起潮力是左右对称的,行星会聚在同一侧与分散在两侧,潮汐力并无什么不同”①的观点是错误的。如果地球与月球的地月系,还有一个与月球质量相当并有与月球不同绕地旋转的周期,那么新地月系的潮汐就将是非对称性的。
但是,由于月球对地球的引力作用过程,存在着互相绕转的公共质量中心,使地球背向月球的一面有公转离心力作用,也有起潮力。如果当其潮高大小与面向月球引力潮汐相等时,那么在系统周期内,当月球处在最高纬度时,则月球的引力与公转离心力等效天体引力,二力作用在地球表面上的东西向差动力之代数和F=0;当月球在地球的赤道位置时,则月球引力与公转离心力等效天体引力,二力作用在地球表面上的东西向差动力之代数和F=4Acosω1x1cosx1。
因此,太阳对于地球也存在:当太阳质量中心,地月公共质量中心、地心、月心等共处于同一平面(特别是处于同一条直成上)时,产生引力和公转离心力等起潮力的对称性;以及非共面共线时的非对称性。因此研究太阳对地球表面东西向差动力问题,不能仅考虑(Fx1,x2)=A[cos3.83x1+cos(0.986x2+Φ)] cosx1的一般性问题②,而必须将其公转离心力的等效天体引力成份考虑进去。
由于银河系中心与地球没有直接的相互公转关系,也就是说,至少地球是在太阳系的公转系统内相对于银河系中心旋转,也就是说,银河系的中心对地球的引力使地球表面的潮汐非对称性,才使现在地球总体呈现“梨形”形状和地球表面地质结构南北纬50°之间呈现出“S”型扭曲的问题。
一般地情况下,作用在地球上的天体引力可分为两类四种,这是普遍性问题,但是相对于不同的参考天体系统背景,又有其自身的复杂性和特殊性。
参考文献