对于一个二体问题,地球和月球绕它们的质心作椭圆轨道运动,月球对地球质心的引力维持着地球的轨道运动。同时,月球对地球任意一点也有引力作用。而月球对地球任意一点与对地球质心的引力之差就称为引潮力,它可用一个矢量表示。由于引力是一种保守力,因此引潮力也是保守力,所以有一个标量与引潮力相对应,这个标量的梯度就是引潮力,这个标量就称为引潮位。
如图所示,设O为地球质心,P为月球质心(由于天体之间的距离较远,因此月球可以看成质点),A为地球上的任意一点,OA的距离为r,AP的距离为l,OP的距离为r0,A和P的地心夹角为(也叫地心天顶距),那么月球对A点的引力位和引力分别为:
…(1)
式中为万有引力常数;
为月球质量。月球对地球质心的引力位和引力分别为:
…(2)
所以月球对地球的引潮力为:
…(3)
用表示引潮位,
表示A点坐标,则
的梯度就是
,即:
…(4)
由上面第一个等式对积分可得:
…(5)
式中为待确定的函数。由上面第二个等式对
积分可得:
…(6)
也是待确定的函数。显然,由这两个等式积分获得的引潮位应该相等,所以
…(7)
显然当A点位于O点时,,由此可以确定:
…(8)
因此,最终A点的引潮位即为:
…(9)
可以将月球对A点的引力位展开为球谐函数级数:
…(10)
所以引潮位为:
…(11)
可以看出月球对A点的引潮位即为月球对A点引力位扣除0阶项和1阶项之后的剩余部分。