Земной прилив - Earth tide

Земля прилив (также известный как твердый прилив Земли , земная кора волна , волна тела , телесный прилив или земельного прилив ) является перемещением из твердой земли поверхности «s , вызванной действие силы тяжести на Луне и Солнце . Его основная составляющая имеет амплитуду метрового уровня с периодами около 12 часов и более. Самая большая составляющая тела приливов - полусуточные , но есть также значительные дневные, полугодовые и двухнедельные вклады. Хотя гравитационная сила, вызывающая земные приливы и океанские приливы, одна и та же, реакции совершенно разные.

Сила прилива

Лунная приливная сила: на этих изображениях Луна изображена прямо над 30 ° с.ш. (или 30 ° ю.ш.), если смотреть сверху над северным полушарием, показывая обе стороны планеты. Красный вверх, синий вниз.

Самая большая из периодических гравитационных сил исходит от Луны, но сила Солнца также важна. Изображения здесь показывают лунную приливную силу, когда Луна появляется прямо над 30 ° с.ш. (или 30 ° ю.ш.). Этот узор остается неизменным: красная область направлена ​​на Луну (или прямо от нее). Красный цвет означает восходящее притяжение, синий - нисходящее. Если, например, Луна находится прямо над 90 ° з. Д. (Или 90 ° в. Д.), Красные области центрируются в западном северном полушарии, вверху справа. Красный вверх, синий вниз. Если, например, Луна находится непосредственно над 90 ° з.д. (90 ° в.д.), центр красной области находится на 30 ° северной широты, 90 ° западной долготы и 30 ° южной широты, 90 ° восточной долготы, а центр синеватой полосы следует за большой окружность на равном расстоянии от этих точек. На 30 ° широты сильный пик происходит один раз в лунные сутки, что дает значительную суточную силу на этой широте. Вдоль экватора два пика (и впадины) одинакового размера создают полусуточную силу.

Прилив тела

Вертикальные перемещения секторного движения.
Красный вверх, синий вниз.
Смещения с востока на запад секторного движения.
Красный восток, синий запад.
Смещения секторного движения с севера на юг.
Красный север, синий юг.
Вертикальные смещения тессерального движения.
Красный вверх, синий вниз.
Смещения тессерального движения с востока на запад.
Красный восток, синий запад.
Смещения тессерального движения с севера на юг.
Красный север, синий юг.
Вертикальные смещения зонального движения. Красный вверх, синий вниз.

Земной прилив охватывает все тело Земли и не сдерживается тонкой коркой и массами суши на поверхности, масштабы которых делают жесткость горных пород несущественной. Океанские приливы являются следствием резонанса одних и тех же движущих сил с периодами движения воды в океанских бассейнах, накопленными за многие дни, так что их амплитуда и время сильно различаются и изменяются на коротких расстояниях всего в несколько сотен километров. Периоды колебаний Земли в целом не близки к астрономическим, поэтому ее изгиб происходит под действием сил момента.

Компоненты прилива с периодом около двенадцати часов имеют лунную амплитуду (расстояния выпуклости / депрессии Земли), которые чуть более чем в два раза превышают высоту солнечных амплитуд, как указано в таблице ниже. В новолуние и полнолуние Солнце и Луна выровнены, а лунные и солнечные приливные максимумы и минимумы (выпуклости и впадины) складываются вместе для наибольшего диапазона приливов на определенных широтах. В фазах первой и третьей четверти луны лунные и солнечные приливы перпендикулярны, а диапазон приливов минимален. Полусуточные приливы проходят один полный цикл (прилив и отлив) примерно раз в 12 часов и один полный цикл максимальной высоты (весна и прилив) примерно раз в 14 дней.

Полусуточный прилив (один максимум каждые 12 часов или около того) является преимущественно лунным (только S 2 является чисто солнечным) и вызывает секториальные (или секторальные) деформации, которые поднимаются и спадают одновременно по одной и той же долготе. Секторальные вариации вертикальных смещений и смещений с востока на запад максимальны на экваторе и исчезают на полюсах. На каждой широте есть два цикла, выпуклости противоположны друг другу, а впадины также противоположны. Суточный прилив лунно-солнечный, вызывающий тессеральные деформации. Вертикальное движение и движение с востока на запад максимально на широте 45 ° и равно нулю на экваторе и на полюсах. Тессеральная вариация имеет один цикл на широту, одну выпуклость и одну депрессию; выпуклости противоположны (противоположны), другими словами, например, западная часть северного полушария и восточная часть южного полушария. Точно так же впадины противоположны, в данном случае восточная часть северного полушария и западная часть южного полушария. Наконец, двухнедельные и полугодовые приливы имеют зональные деформации (постоянные по кругу широты), поскольку гравитация Луны или Солнца направлена ​​попеременно от северного и южного полушарий из-за наклона. На широте 35 ° 16 'вертикальное смещение нулевое.

Поскольку эти смещения влияют на вертикальное направление , вариации восток-запад и север-юг часто табулируются в миллисекундах для астрономических целей. Вертикальное смещение часто табулируется в мкгал , так как градиент силы тяжести зависит от местоположения, так что преобразование расстояния составляет всего примерно 3 мкгал на сантиметр.

Другие участники земных приливов

В прибрежных районах, поскольку океанские приливы не идут в ногу с земными, во время высоких океанских приливов наблюдается избыток воды по сравнению с уровнем гравитационного равновесия, и поэтому прилегающая земля опускается в ответ на возникающие в результате различия в величине гравитационного равновесия. масса. Во время отлива наблюдается дефицит воды, и земля поднимается. Смещения, вызванные приливной нагрузкой на океан, могут превышать смещения, вызванные приливом земного тела. Чувствительные инструменты далеко от суши часто должны делать аналогичные корректировки. Атмосферную нагрузку и штормовые явления также можно измерить, хотя движущиеся массы имеют меньший вес.

Приливные составляющие

Основные составляющие приливов и отливов . Амплитуды могут отличаться от указанных в пределах нескольких процентов.

Полусуточный

Приливная составляющая Период Вертикальная амплитуда (мм) Горизонтальная амплитуда (мм)
M 2 12,421 ч 384,83 53,84
S 2 (солнечный полусуточный) 12.000 ч 179,05 25.05
2 12.658 ч 73,69 10.31
К 2 11,967 ч 48,72 6,82

Дневной

Приливная составляющая Период Вертикальная амплитуда (мм) Горизонтальная амплитуда (мм)
К 1 23.934 ч 191,78 32.01
O 1 25,819 ч 158,11 22.05
П 1 24,066 ч 70,88 10,36
φ 1 23.804 ч 3,44 0,43
ψ 1 23,869 ч 2,72 0,21
S 1 (солнечный суточный) 24.000 ч 1,65 0,25

Долгосрочная

Приливная составляющая Период Вертикальная амплитуда (мм) Горизонтальная амплитуда (мм)
M f 13.661 дней 40,36 5,59
М м (лунный месяц) 27,555 дней 21,33 2,96
S sa (солнечное полугодие) 0,50000 года 18,79 2,60
Лунный узел 18,613 г. 16,92 2.34
S a (солнечный год) 1.0000 лет 2,97 0,41

Эффекты

Вулканологи используют регулярные, предсказуемые движения земных приливов для калибровки и тестирования чувствительных инструментов мониторинга деформации вулканов. Приливы также могут вызывать вулканические явления. Сейсмологи определили, что микросейсмические явления связаны с приливными колебаниями в Центральной Азии (к северу от Гималаев). Полусуточная амплитуда земных приливов может достигать около 55 см (22 дюйма) на экваторе, что важно для Глобальной системы позиционирования , интерферометрии с очень длинной базой и спутниковых лазерных измерений дальности . Кроме того, для выполнения точных астрономических угловых измерений требуется точное знание скорости вращения Земли ( продолжительность дня , прецессия в дополнение к нутации ), на которую влияют земные приливы (так называемый полюсный прилив ). Земные приливы также необходимо учитывать в некоторых экспериментах по физике элементарных частиц . Например, в ЦЕРНе или Национальной ускорительной лаборатории SLAC были разработаны очень большие ускорители частиц с учетом земных приливов и отливов для правильной работы. Среди эффектов, которые необходимо учитывать, - деформация окружности для кольцевых ускорителей, а также энергия пучка частиц.

Приливы тел на планетах и ​​лунах, а также в двойных звездах и двойных астероидах играют ключевую роль в долгосрочной динамике планетных систем. Например, из-за телесных приливов на Луне она попадает в спин-орбитальный резонанс 1: 1 и всегда показывает нам одну сторону. Из-за приливов и отливов Меркурий оказался в ловушке спин-орбитального резонанса 3: 2 с Солнцем. По той же причине считается, что многие экзопланеты захватываются в более высоких спин-орбитальных резонансах со своими звездами-хозяевами.

Смотрите также

Рекомендации

Библиография

  • Маккалли, Джеймс Грейг, За пределами Луны, Разговорное руководство с здравым смыслом для понимания приливов , World Scientific Publishing Co, Сингапур, 2006.
  • Пол Мельхиор, Earth Tides , Pergamon Press, Oxford, 1983.
  • Уайли, Фрэнсис Э., Приливы и притяжение Луны , The Stephen Greene Press, Браттлборо, Вермонт, 1979.