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引潮位

/tidal-generating potential/
条目作者周江存

周江存

最后更新 2022-01-20
浏览 132
最后更新 2022-01-20
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日、月等天体对地球表面点的引力位与对地心的引力位之差。

英文名称
tidal-generating potential
所属学科
地球物理学

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。

引潮位示意图引潮位示意图

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rAP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)

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。

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