潮汐力 ( Fc) 也是地球在公转椭圆轨道中运动时形成的一种作用力,其大小不仅与质点所处黄纬的位置有关,也与质点所处的黄经位置有关,最大值在黄道面上总是正对轨道焦点 ( 刘全稳等,2001a,2001b) ,所以,总是表现出在地球各地的正午和午夜潮汐力具有最大值,其在地球上的分布如图 4 -10 所示。
图 4 -10 Fc对地球的施力方向与大小示意( 据刘全稳等,2001)
与地球的强中纬力一样,潮汐力的获得也是基于运动学分析,即是通过分析地球球面物质在执行随地球公转运动时,随着时间的变化,物质质点与地心和与椭圆轨道焦点之间距离大小发生变化的情况而发现的。
在分析研究过程中所依据的原理为数学分析原理,推理中使用的也是严密的数理逻辑分析,所以,它也是具有普遍性的科学的认识。
为了说明这种由地球的轨道运动形成的潮汐力与以往人们早已耳熟能详的由牛顿提出的基于万有引力的来自月球的引潮力的区别,刘全稳等 ( 2001b,2001c) 向人们比较了两者的有关内容 ( 表 4 -1) 。
表 4 -1 潮汐力 Fc和引潮力 F 比较
( 据刘全稳等,2001b,2001c)
前人分析认为: 这种基于万有引力的引潮力,来自于月球的要大于来自于太阳的,只在解释地球某些地区的潮汐 “应月”现象时具有优势,而不能很好地解释地球物质 ( 大气、海水) 发生潮汐时所具有的 “随日”的运行规律。
如果地球的潮汐是月球所为,地球的接近同一经度线上的南、北半球应该在同一时刻具有极大值,然而这是不可能的。月球对地球潮汐的影响,只能改变幅度,不能改变周期。人们所看到的地球上潮汐的 “应月”现象,实质上是在 “随日”潮汐的背景上展示的幅度的周期性增减。当月球与地球和太阳处于一条线上时,月球的引力作用与太阳对地球海水的潮汐力作用的夹角最小,所产生的极大值重合,使潮汐振幅最大,此种现象不能被认为是月球使地球产生了最大潮汐,只能认为是月球增加了潮汐振幅。
显然,基于轨道运动的潮汐力理论内涵,不仅不能形成月球对地球产生的潮汐影响,而且只能使地球对月球具有潮汐效力,因为,在地球—月球的轨道运动中,地球处于轨道的焦点位置,是对月球产生潮汐力的施力体。
在潮汐力建立过程中,所依据的原理和推理过程具有与强中纬力的完全一致性。
1. 作用力分析
由式 ( 4 -7) 右端第一项,可得地球的潮汐力表达式:
地球磁场起源理论
作用力 Fc的大小与 α、β 的变化关系可由图 4 -11a、b 表示,而 Fc在地球上的分布情况则可用图 4 -11c 表示。
综合分析结果可以得出,潮汐力在黄道面上作用力最大,向两黄极点逐渐减小直至为0 ( 图 4 - 11a) 。随着地球上球面质点所处位置黄经、黄纬的变化,潮汐力表现为一系列的作用力曲线。这些曲线表明了潮汐力作用的变化结果———以中午和午夜最大,傍晚和早晨最小 ( 图 4 -11b) 。
图 4 -11 Fc的图形表示
由于 “正”潮汐力表示其方向由太阳指向地球,“负”潮汐力表示其方向由地球指向太阳,“正”值发生在黄经 90° ~ -90°区域,即地球的早晨到傍晚时间内,“负”值发生在黄经 90° ~270°区域,即地球的傍晚到次日早晨时间内,所以,无论潮汐力为 “正”还是为 “负”,都表示潮汐力的方向由地球的表面指向地心 ( 图 4 -11c) 。
将黄道面上下地球潮汐分力的极值线投影图映射成立体图,得到图 4 -12。
图 4 -12 地球潮汐分力分布线( 据刘全稳等,2001)
在图 4 -12 中,黄道面下半部分对应于黄道面上半部分的潮汐分力极值线与 “零”线的交点 “甲、乙、丙、丁、甲'、乙'、丙'、丁'”为振幅绝对值相等的点,其中,交点“甲、丁、甲'、丁'”为负值完全相等,交点 “乙、丙、乙'、丙'”为正值完全相等; 交点 “B、B'”保持为零; 而交点 “A、A'”为振幅的极高点 ( A 为极大点,A'为极小点) ;交点 “C、C'”为零振幅点。除 “B、B'”位置保持不变外,其余交点的相对位置是不变的,而绝对位置则不断变化。由于地球的倾斜,地球自转一周,使地球上的某些地方在一天中某一时刻要经历某个交点,从而形成 “随日”潮汐力的特征现象,或者说,地球的本潮汐力的特征点,将会出现在地球的某一区域内。地球公转的特性,将使黄道面上的“A、C、A'、C'”在一年内分别沿着地球的黄道面割线绕行一圈。
2. 物质的定向运动
由于潮汐力总是垂直于地球表面并由表及里,所以,潮汐力导致的地球物质的定向运动只是在日地连线上,在与地球表面垂直方向上发生振幅大小的改变。
显然,由潮汐力作用形成的物质流动进而产生的起电问题对于地球磁场起源的重要性不及强中纬力。