月亮離地球那麼遠,怎麼還拉得動海水?

月亮之所以能影響海洋,是因為重力不需要接觸到物體就能對它施加拉力。任何有質量的物體都會吸引其他有質量的物體。這股拉力會隨距離變弱,但不會因為月亮很遠就突然消失。

不過,月亮並不是像磁鐵吸迴紋針那樣,把海水直接往上拽。潮汐來自月亮的拉力在地球上各處的微小差異。面向月亮的那一側,感受到的拉力略強於地球中心;背向月亮的那一側,感受到的拉力則略弱。NOAA(美國國家海洋暨大氣總署)把這種現象稱為「差動力(differential force)」,正是這樣的差異,把地球和海洋稍微「拉長」了一點。

水讓這種被拉長的現象特別容易觀察。海水可以流動,因此會堆積成寬闊的潮汐隆起(tidal bulges)。當地球自轉穿越這些隆起時,許多海岸就會出現漲潮與退潮。實際上的海岸潮汐樣貌會更複雜,因為大陸、海底地形、風、氣壓和當地的地理條件,都會影響某個特定海灘的潮汐表現。

這也是為什麼月亮雖然遠,卻仍舊有影響力。極微小的拉力散佈到整個海洋,累積起來就足以造成肉眼可見的水位升降。你不會注意到月亮在拉桌上那杯水,因為杯子太小、效應太微弱,杯壁又把水固定住。相較之下,海洋既龐大又能自由流動。

太陽也會造成潮汐,即使它比月亮遠得多。太陽因為質量極大,重力也非常強,但造潮效應取決於拉力在地球上各處的變化幅度。NOAA 說明,太陽的造潮效應比月亮小,兩者在大潮(spring tide)和小潮(neap tide)期間會互相疊加。

那麼,月亮除了海水之外還能吸引什麼?原則上,任何有質量的東西都會受影響:岩石、空氣、人、建築物,甚至地球本身。實際上,大多數固體不像水那樣能自由晃動,所以效應比較不明顯。地面本身也有所謂的地潮(Earth tides)。USGS(美國地質調查所)將地潮描述為由太陽和月亮的重力吸引所造成的緩慢、微小的地表運動。

大氣層也可能有潮汐。NASA(美國國家航空暨太空總署)Goddard 太空飛行中心的一份科學說明指出,月亮不僅在海洋、也在大氣層中造成潮汐,形成小幅的大氣隆起與波動,這些波動甚至能向上傳播到更高的大氣層。這種效應相當細微,但夠真實,科學家可以測量出來。

簡短版本:月亮拉動的是整個地球,而不只是海洋。我們之所以最容易注意到海洋潮汐,是因為水會流動、海洋非常巨大,而地球各處只要出現一點點重力差異,就能推動大量的水。

參考資料

  1. What Causes Tides? | NOAA NESDIS(潮汐是怎麼形成的?|美國國家海洋暨大氣總署衛星與資訊服務部)
  2. Gravity, Inertia, and the Two Bulges | NOAA National Ocean Service(重力、慣性與兩個潮汐隆起|美國國家海洋暨大氣總署國家海洋局)
  3. Forces | NASA Science(力|NASA 科學)
  4. Newton’s Universal Law of Gravitation | OpenStax(牛頓的萬有引力定律|OpenStax)
  5. Volcano Watch: Earth Tides and Volcano Monitoring | U.S. Geological Survey(火山觀測:地潮與火山監測|美國地質調查所)
  6. Lunar Atmospheric Tides Affect Our Space Environment | NASA Goddard(月亮引起的大氣潮汐影響地球周邊太空環境|NASA 戈達德太空飛行中心)

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