科普|潮汐：巨轮脱困的“幕后功臣”

3月28日深夜，苏伊士运河潮水大涨，十几艘拖船深夜出动，趁机帮助搁浅的20万吨级巨轮“长赐”号成功起浮。被它“封锁”了近一周后的苏伊士运河终于复航。在这次“世纪大堵船”的救援过程中，“潮汐”成了最大的功臣，一时之间也成了网上的热搜词。

一天两次，随月而行

潮汐是海边常见的一种自然现象。涨潮时，海水涌向岸边，淹没大片海滩；落潮时，海水从岸边退去，留下一地贝壳。这种海水上涨的现象，出现在白天的叫做“潮”，出现在晚上的叫做“汐”，合起来便是“潮汐”。

古人很早就认识到潮汐与月亮的盈亏有关，我国东汉时期的学者王充在《论衡》中就曾说：“涛之起也，随月盛衰，大小满损不齐同。”但是其中的原理，直到英国科学家牛顿发现万有引力定律之后才得以阐明。

我们知道，地球和月亮都在围绕地月系的质心转动。在朝向月面的这半个地球上，海水受到月球的引力比较大，被月球引力吸引而“鼓起”，形成涨潮。在背向月面的那半个地球，海水受到的月球引力比较小，在随地球绕地月系质心旋转的过程中，因惯性离心力“甩出”而向外隆起，也形成涨潮。而与它们经度相隔90度的那两个地方，则正好是落潮。例如当我国黄海、东海沿岸涨潮时，经度相差180度的美国东海岸也在涨潮，而经度相差90度左右的阿拉伯海和夏威夷等地正值落潮。

由于地球每天自转一圈，一天之中我们总会有一次面向月亮和一次背向月亮。因此在地球上的任何一个海滩，每天都能经历两次涨潮和两次落潮。又因为在同一个地方，月出的时间每天都要比前一天推迟50分钟左右，所以到了第二天，这里涨潮的时间就要比前一天推迟大约50分钟。一天之中两次涨潮的时间，平均相隔约12小时25分钟。

日地加持，涨落复杂

苏伊士运河每天都会涨潮两次，为什么到了3月28日“长赐”号才得以脱身呢？

这又牵出月亮的一个“同伙”——太阳。太阳的质量占整个太阳系的99.8%以上，是太阳系的绝对主宰。它对地球的引力是月亮对地引力的150多倍，不过由于潮汐力与距离的3次方成反比，月亮因为离得更近（月地距离只有日地距离的1/400），产生的潮汐力大约为太阳的2.2倍，成为潮汐的主导。

但这并不意味着太阳的影响可以无视，它的介入使得潮汐又有了“大潮”和“小潮”之分：每逢新月（农历初一）和满月（农历十五前后）时，月亮、太阳、地球基本处于同一直线，日月的潮汐力叠加，形成大潮；每逢上弦月和下弦月时，地月方向和日地方向几乎垂直，月亮引起的落潮与太阳引起的涨潮同时发生，两者相互拮抗而月亮胜出，形成小潮；在其他时候，潮水涨幅处于二者之间。

这还不算完，地球本身也为潮汐带来了更多复杂性。地球上海洋面积约占71％，陆地占29％。陆地的形状和分布不规则，海岸线弯弯曲曲、海底形状高低不平，而且海水又有黏滞性，这使得涨潮的幅度、时刻、持续时间非常复杂，因地而异。每天涨潮的时间并不和月亮同步，而是要延迟1个小时或几个小时；每月大潮也并不正好发生在初一和十五，经常会落后两三天，著名的钱塘江潮常常在十八这天最壮观：“八月十八潮，壮观天下无”。

可见，在苏伊士运河大潮的时候，才是“长赐”号脱困的最好时机。3月27日正是农历十五，运河涨潮幅度达1.96米（与低潮时相比），巨轮在救援下移动了17米，但还是未能脱困。到了28日夜里11点多开始的大潮，涨潮幅度增至2.06米，“长赐”号终于成功起浮。

可资利用，影响重大

潮汐除了在航运、农田灌溉、渔业、盐业等方面可资利用外，人们还利用它来发电。潮汐发电的能量庞大而且稳定，是难得的清洁能源。

潮汐也在给地球自转“踩刹车”。潮汐导致的海水和浅海海底摩擦、固体地球物质的黏滞性产生的内摩擦，都会耗散地球的自转动能，使它的转动变慢，一天的长度每过100年大约增加1.64毫秒。在地球自转减速的同时，由于地月系的角动量守恒，地月距离也在逐渐增加，平均每年增加约3.8厘米。大约6亿年后，地球上将再也看不到日全食，只能见到日环食。

还有天文学家认为，地球生命的起源可能也是因为潮汐而催生的。彗星等天体的碰撞把基本的氨基酸等原始有机物带到了地球海洋里，太阳辐射和潮汐作用提供的能量，引起化学反应生成了更加复杂的有机化合物，例如脂肪酸和蛋白质，并最终形成了生命。如果没有月亮和潮汐，地球上的生命将难以形成，或可能要延迟几亿年等待其他的合适条件。（作者系北京天文馆副研究员，“大手拉小手”科普志愿者）