漲潮和落潮的主要原因

地球上的海洋每天都會出現有規律的潮汐現象，在漲潮的時候，海水會綿延不絕地從大海深處涌來。

而在退潮的時候，大量的海水又消失得無影無蹤。我們在感嘆大自然的神奇的同時，也會產生一些疑惑，比如說海洋為什么會漲潮和退潮?漲潮的水哪來的，退潮的水又到哪去了?

我們都知道，當一個物體的運動狀態發生了改變的時候，一定是受到了力的作用，而海水的漲潮和退潮其本質也是自身的運動狀態發生了改變，因此在這個過程中海水必定也是受到了力的作用，那么是什么力呢?答案就是萬有引力。

牛頓告訴我們，引力在整個宇宙中無處不在，凡是具有質量的物體都可以產生引力，引力的大小與質量成正比，與距離的平方成反比。

在太陽系中，太陽的質量非常巨大，占據了整個太陽系質量的99.86%，其對地球的引力不可小覷，但因為月球與地球的距離非常近，所以月球引力對地球的影響遠遠超過了太陽。

因此我們可以簡單地認為，地球海洋的潮汐現象主要是由月球引起的，月球的引力會將地球面對著月球的一面的海水稍稍地“吸”離地球表面，于是就在這里形成了漲潮，漲潮的水哪來的呢?

其實地球的海洋是彼此相通的水域，在這種情況下，地球上其他海洋區域里的海水就會涌過來，與此同時，那些失去了部分海水的區域就形成了退潮，而退潮的水其實是去了漲潮的海洋區域。

在地球的自轉以及月球的公轉運動的過程中，月球與地球的相對位置會出現周期性的改變，所以地球上的海洋就會出現有規律的潮汐現象。

然而按照上述的說法，應該是地球每自轉一圈(也就是一天)海洋就會出現一次潮汐現象，但實際情況卻是，在每一天里，這樣的現象會出現兩次，具體而言就是，當地球面對著月球的一面的海洋在漲潮時，地球另一面的海洋也會漲潮。

這就有點讓人迷惑了，既然潮汐是月球引起的，那為什么地球背對著月球的一面也會漲潮？

在我們的印象中，月球和地球之間的運動關系就是地球穩穩地居中，只是月球繞著地球運動，其實這是不正確的。事實上，月球和地球都在圍繞著一個共同的質心運動，為了說明這個問題，我們不妨來看一下太陽系中的一個典型的例子。

上圖為冥王星和它的衛星“卡戎”的運行狀態，可以看到冥王星和“卡戎”都在圍繞著它們的共同質心運動，而由于冥王星的質量太小，以至于它和衛星的共同質心落在其自身的半徑之外。

其實地球和月球的運動狀態也與之相同，只不過地球的質量比較大，所以地球和月球的共同質心位于地球的自身半徑之內。

盡管如此，地球還是會圍繞著這個質心運動，在這個過程中就會產生“離心力”(注：“離心力”是為了方便討論非慣性系的相關問題而引用的一種虛擬力，其本質是物體慣性的體現)。

由于“離心力”可以讓物體遠離旋轉中心，在這種力的作用下，地球上的海水就會有向外逃逸的趨勢。

在地球背對著月球的一面，與“離心力”抗衡的除了地球自身的引力之外，還有月球的引力，但由于地球的直徑高達12756公里，這使得地球背對著月球的一面的海水所受到的月球引力明顯減小。

因此在這個位置，月球引力在與“離心力”較量中處于下風，這里的海面就會在“離心力”的作用下出現一定程度的升高，從而引起漲潮。

現在問題又來了，既然“離心力”可以讓地球上的海水向外逃逸，那么在地球面對著月球的一面，月球引力和“離心力”的方向就會是一致的，這兩種力疊加起來，這里的潮汐現象豈不是要變得更加劇烈了?

“離心力”的計算公式為 F = mω^2r，其中m代表物體的質量，ω代表物體身轉動角速度，r代表物體與旋轉中心的距離，由此可知，對于地球上的海水而言，其與地球和月球的共同質心的距離越近，所受到的“離心力”就越小，反之亦然。

地球和月球的共同質心距離地心4700公里，大概位于地球半徑的3/4的位置，我們可以看到，因為地球面對著月球的一面的海水更加接近這個共同質心，所以在這里其受到的“離心力”也會相應地減小很多，因此不會出現更加劇烈的潮汐現象。

總而言之，漲潮的水并不是憑空而來，而退潮的水也不是神秘消失，這其實是地球上的海水在引力和“離心力”作用下的周期性運動，基本上就是一個“左手換右手，然后再右手換左手”的過程。