"Астрономия (базовый уровень)", Воронцов-Вельяминов Б.А., Страут Е.К.
Приливы — это периодические изменения уровня воды, вызванные неодинаковым притяжением разных частей Земли Луной и Солнцем. Сильнее всего на земные приливы влияет Луна, хотя Солнце намного массивнее: приливообразующее действие быстро убывает с расстоянием. Из-за вращения Земли многие побережья проходят через две приливные выпуклости и два отлива за лунные сутки. Положение Луны и Солнца усиливает или ослабляет приливы, а приливное трение постепенно меняет вращение Земли и движение Луны.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Прилив — периодическое повышение уровня воды, связанное с приливообразующим действием Луны и Солнца. Это не просто подъём воды в одном месте: речь идёт о повторяющемся изменении уровня моря. Понятие помогает описывать наблюдаемую часть приливного явления.
Отлив — периодическое понижение уровня воды между приливами. При отливе вода не исчезает, а уровень моря относительно берега становится ниже. Вместе с приливом отлив показывает полный цикл изменения уровня воды.
Приливообразующая сила — разность гравитационного действия небесного тела на разные части Земли, вызывающая приливные деформации. Земля притягивается целиком, но её ближняя и дальняя части испытывают неодинаковое притяжение. Это понятие объясняет, почему для приливов важна разница сил, а не только общее притяжение.
Сизигийный прилив — усиленный прилив, возникающий, когда Солнце, Земля и Луна расположены почти на одной линии. В таком положении приливные действия Солнца и Луны в основном складываются. Термин нужен, чтобы отличать такие приливы от более слабых приливов при квадратуре.
Луна притягивает Землю, но сила притяжения зависит от расстояния до Луны. Ближняя сторона планеты находится немного ближе к Луне, а дальняя — немного дальше, поэтому ускорения этих частей различаются. Разность ускорений относительно центра Земли и создаёт приливообразующее действие. Именно оно деформирует океан и, в меньшей степени, твёрдую оболочку планеты.
На стороне Земли, обращённой к Луне, вода притягивается к ней сильнее, чем центр планеты, и возникает приливная выпуклость. На противоположной стороне притяжение Луны слабее, чем в центре, поэтому Земля в целом как бы опережает удалённую воду; относительно планеты она смещается наружу. Так образуется вторая выпуклость, а не из-за того, что Луна отталкивает воду. Две области повышенного уровня располагаются примерно вдоль линии Земля—Луна.
Земля вращается, и разные участки её поверхности проходят под обеими приливными выпуклостями. Поэтому во многих местах между двумя отливами обычно бывают два прилива. Луна за это время тоже смещается по орбите, так что Земле требуется повернуться немного больше, чем на один оборот, чтобы снова оказаться под ней. Лунные сутки длятся около 24 часов 50 минут, а половина этого времени — примерно 12 часов 25 минут между соседними приливами.
Солнце тоже создаёт приливообразующее действие, хотя оно слабее лунного. При новолунии и полнолунии Солнце, Земля и Луна почти выстраиваются в линию: приливные действия направлены сходным образом и усиливают общий эффект. Это сизигии, когда приливы обычно выше. При первой и последней четверти направления на Солнце и Луну близки к прямому углу, поэтому их действия частично компенсируются и приливы ослабевают.
Приливные выпуклости не остаются неподвижными относительно дна: океанские воды движутся, взаимодействуют с берегами и испытывают трение. Часть механической энергии рассеивается, а взаимодействие приливов с вращающейся Землёй действует как тормоз. В результате вращение Земли постепенно замедляется. Передаваемый при этом момент вращения увеличивает орбиту Луны, поэтому она медленно удаляется от Земли.
| Характеристика | Сизигийные приливы | Квадратурные приливы |
|---|---|---|
| Положение Луны и Солнца относительно Земли | Почти на одной линии с Землёй | Направления на Луну и Солнце близки к прямому углу |
| Сложение или взаимное ослабление приливообразующих действий | Действия в основном складываются | Действия частично ослабляют друг друга |
| Высота прилива | Обычно выше | Обычно ниже |
| Когда наблюдаются | При новолунии и полнолунии | При первой и последней четверти Луны |
Сначала определите взаимное положение Луны и Солнца, затем сравните направления их приливообразующих действий. Таблица показывает общую закономерность, а не точную высоту воды в конкретной гавани. На местный результат влияют форма берега и глубина моря.
Задача 1. Объясните, почему приливообразующее действие Луны сильнее действия Солнца, хотя Солнце намного массивнее. Нужно сравнить не одни массы, а также расстояния до Земли. Решение удобно начать с зависимости приливного эффекта от массы и расстояния.
Ответ: приливообразующее действие Луны сильнее, потому что она намного ближе к Земле, а расстояние влияет на приливной эффект очень сильно.
Задача 2. Определите, будут ли приливы усиливаться или ослабляться, если Луна и Солнце видны с Земли в направлениях, близких к прямому углу. Сначала нужно распознать взаимное положение небесных тел, а затем связать его с действием приливных сил. Здесь не требуется вычислять высоту прилива.
Ответ: приливы будут ослабляться; при квадратуре обычно наблюдаются менее высокие приливы.
Задача 3. Между двумя последовательными верхними кульминациями Луны проходит около 24 часов 50 минут. Оцените средний промежуток между соседними приливами, если за это время обычно наблюдаются два прилива. Под верхней кульминацией понимается прохождение Луны через наивысшую точку её суточного пути над горизонтом. Результат будет средней оценкой, а не расписанием приливов для конкретного берега.
Ответ: средний промежуток между соседними приливами — около 12 часов 25 минут.
Ошибка — считать, что приливы вызывает только Луна. Так думают, потому что её вклад главный, и часто не учитывают действие Солнца. Солнце меняет суммарную высоту приливов: при сизигиях усиливает их, а при квадратурах ослабляет. Проверка: в объяснении должны учитываться оба небесных тела.
Ошибка — объяснять прилив только притяжением воды Луной, не говоря о разнице притяжения. Общее притяжение перемещает Землю и воду вместе, но приливные деформации связаны с тем, что разные части планеты притягиваются неодинаково. Проверка: сравните действие Луны на ближнюю сторону, центр и дальнюю сторону Земли. Если это сравнение отсутствует, объяснение неполное.
Ошибка — считать, что при каждом полнолунии или новолунии в любом месте будет одинаково высокий прилив. Сизигия усиливает общий приливный эффект, однако местный уровень воды зависит от глубины моря, очертаний берега и формы океанического бассейна. Проверка: различайте общую астрономическую причину и местные условия. По одной фазе Луны нельзя определить точную высоту прилива у конкретного берега.
Ошибка — ожидать прилив точно в момент, когда Луна проходит над местностью. Такой вывод игнорирует движение воды и устройство океанов: волна прилива взаимодействует с берегами и дном. Поэтому время прилива зависит от особенностей конкретного места. Проверка: не переносите положение Луны на часы приливов напрямую, а учитывайте местные условия.
Чтобы объяснить приливы, нужно знать закон всемирного тяготения: он показывает, почему тела притягиваются и почему сила меняется с расстоянием. Также пригодятся сведения о движении Луны вокруг Земли и вращении Земли вокруг оси, поскольку они помогают понять периодичность приливов. Тема связывает небесную механику с наблюдаемыми изменениями океана. Она также показывает, как механическая энергия рассеивается при трении: приливное взаимодействие замедляет вращение Земли и меняет орбитальное движение Луны.
Почему приливы возникают не только на стороне Земли, обращённой к Луне?
Луна притягивает ближнюю к ней сторону Земли сильнее, чем дальнюю. Поэтому относительно центра Земли вода на ближней стороне смещается к Луне, а на дальней — от центра, образуя две приливные выпуклости. Это следствие разницы притяжения, а не отдельного отталкивания воды Луной.
Почему Луна влияет на приливы сильнее, чем Солнце?
Приливообразующее действие зависит не только от массы небесного тела, но и от его расстояния: оно примерно пропорционально отношению массы к кубу расстояния. Солнце гораздо массивнее Луны, но находится намного дальше. Поэтому его приливное действие слабее лунного.
Почему во многих местах за сутки бывает два прилива?
На противоположных сторонах Земли образуются две приливные выпуклости. При вращении Земля проходит через обе, поэтому во многих местах наблюдаются два повышения уровня воды за лунные сутки. Реальное число и время приливов зависят от местных условий.
Когда приливы сильнее — в полнолуние или в первой четверти Луны?
Обычно сильнее при полнолунии, а также при новолунии: в обоих случаях Солнце, Земля и Луна расположены почти на одной линии, и приливные действия складываются. В первой четверти Луна находится примерно под прямым углом к направлению на Солнце, поэтому приливы обычно слабее.
Как приливы постепенно влияют на вращение Земли и движение Луны?
Приливные выступы и океанское дно взаимодействуют с вращающейся Землёй, а трение рассеивает механическую энергию. Это постепенно замедляет вращение Земли. Часть энергии и момента вращения передаётся Луне, поэтому она медленно удаляется от Земли.
Приливы
