因月球和太陽對地球各處引力不同所引起的水位、地殼、大氣的週期性升降現象。海洋水面發生週期性的漲落現象稱為海潮,地殼相應的現象稱為陸潮(又稱固體潮),在大氣則稱為氣潮。上述三種潮汐中海潮最為明顯。中國古代對海潮早就作過細緻的觀測。漢代哲學傢王充在他的《論衡》一書中提出“濤之起也,隨月盛衰”,指明潮汐與月相變化有關。十七世紀,牛頓用引力定律科學地說明海潮是月球和太陽對海水的吸引所引起的。至於陸潮和氣潮,都是相當小的,一般必須用精密儀器才能測出。

  在天文學中,潮汐這一概念目前已被引伸到其他天體的研究中來,成為研究某些天體的形狀、距離、運動和演化等不可缺少的因素。

  大潮和小潮 由月球的引力所引起的潮汐稱太陰潮。一個太陰日(月球連續兩次上中天的時間間隔)長約24小時50分,在這期間地球表面上同一點發生兩次漲潮,兩次落潮,因此連續兩次漲潮的間隔時間約為12小時25分。太陽和月球一樣,也會引起潮汐,稱為太陽潮。被吸引天體某部分受到的引力與該天體中心同樣質量的部分受到的引力之差稱為起潮力。太陽或月球對地球上同一點所產生的起潮力,與太陽或月球的質量成正比,而與它們同地球之間的距離的立方成反比。因此,太陽的質量雖然是月球的質量的2,700萬倍,但月球同地球的距離隻有太陽同地球距離的1/390,所以月球的起潮力為太陽的起潮力的2.25倍。太陽潮通常難於單獨觀測到,它隻是增強或減弱太陰潮,從而造成大潮和小潮。在朔日和望日發生大潮,因為那時月球、太陽和地球幾乎在同一直線上,太陰潮和太陽潮彼此相加,以致漲潮特別高,落潮特別低。在朔日和望日,如果月球又經過近地點,漲潮和落潮的高度差異就更大。上下弦的時候發生小潮,因為那時月球和太陽的黃經相距90°,太陰潮被太陽潮抵消瞭一部分。

大潮(上)和小潮(下)示意圖

  潮汐與地球自轉變慢 潮汐對地球自轉有一種制動作用,能使地球自轉逐漸變慢。對古代日食記錄的分析研究表明,地球的自轉周期每個世紀變長1~2毫秒。這個變化雖然很小,可是經過長期積累,便頗為可觀。從對古珊瑚化石生長線(環脊)的研究得知,在37,000萬年前,每年約有400天左右,即當時地球的自轉周期約為目前地球的自轉周期的9/10。

  月球以它的同一半球對著地球,其他行星的幾個衛星也有同樣的情況。這可以解釋為是由主星作用於伴星上的長期潮汐摩擦所造成的。

  潮汐對天體的作用 一個小天體(伴星)圍繞一個大天體(主星)運行,若伴星的軌道逐漸縮小到臨界半徑以內,伴星就會被主星的起潮力分裂為碎片。這個臨界半徑值是法國數學傢洛希於1848年求出的,所以稱為洛希極限。位於洛希極限內的土星光環(見行星環),系由許多小塊物質組成,這一光環很可能是土星的一顆衛星進入洛希極限後分裂形成的。

  許多雙星都有潮汐幹擾的跡象。雙星成員的形狀一般是橢球,而不是正球。通常用扁率定量地表示這種橢球體的形狀。一般說來,一顆星繞另一顆星運動的周期愈短,扁率愈大。這種現象至少一部分是由雙星之間的起潮力造成的。密近雙星,彼此間由於潮汐作用,常常還會發生質量交流。

  對於星團而言,銀河系的較差自轉(見銀河系自轉)和銀河系對星團的起潮力,是導致星團逐漸瓦解的重要因素。

  有些河外星系是雙重星系或多重星系(見星系成團)。在距離很接近的雙重星系之間往往存在著物質“橋”,天文學傢認為這可能是彼此之間的起潮力引起的。通過中性氫21厘米譜線的射電觀測,已經發現有伴星系的旋渦星系形狀不對稱,一個顯著的例子便是旋渦星系M101(NGC5457);反之,對無伴星系的旋渦星系來說,則未發現形狀上的畸變。前者很可能是由於潮汐造成的。

  

參考書目

 李珩編譯:《潮汐(海潮、陸潮與氣潮)》,科學出版社,北京,1973。

 H.Jeffreys,The Earth,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1959.