我們來詳細解釋為什么常見的潮汐周期大約是12小時一次高潮（半日潮），以及這背后的地月運動和引潮力變化原理。
核心答案：潮汐周期約為12小時的根本原因是地球的自轉與引潮力場的雙重對稱性（地球兩側各有一個高潮點）相結合。
關鍵概念：引潮力 (Tidal Force)
理解潮汐的關鍵不是月球對地球的整體引力（這個引力主要讓地球和月球保持軌道運動），而是月球引力在地球不同位置產(chǎn)生的差異，也就是引潮力。
引力差異：
- 地球靠近月球的一側（A點），受到的月球引力最強。
- 地球中心（O點），受到的月球引力適中（代表地球整體受到的引力）。
- 地球遠離月球的一側（C點），受到的月球引力最弱。
- 地球側面（如B點），受到的月球引力介于A點和C點之間，并且方向斜向地球中心。
引潮力的產(chǎn)生：
- 地球作為一個整體，其質心（中心點O）沿著地月系統(tǒng)的公共質心軌道運動。為了維持這個軌道運動，地球各點都需要一個特定的向心力（指向軌道中心）。
- 但是，月球施加在地球各點的實際引力并不恰好等于維持該點軌道運動所需的向心力。
- 引潮力 = 某點實際受到的月球引力 - 地球中心點O受到的月球引力。
- 這個“差異力”就是導致海水（和地殼）發(fā)生形變的真正原因。
引潮力的方向與效果：
- 在靠近月球的A點： 實際引力 > 中心點O的引力。因此引潮力的方向是背離地球中心O，指向遠離地球的方向（或者說，指向月球）。這導致該點的海水被“拉”起來，形成高潮。
- 在遠離月球的C點： 實際引力 < 中心點O的引力。因此引潮力的方向是背離地球中心O，指向遠離地球的方向（或者說，背向月球）。這同樣導致該點的海水被“推”起來，形成高潮。 (這是理解兩個高潮的關鍵！)
- 在側面（如B點）： 實際引力小于A點大于C點，并且方向不是正對月球。引潮力的方向是指向地球中心O。這導致該點的海水被“壓”向地球內(nèi)部，形成低潮。
引潮力場的對稱性 - 兩個高潮隆起
- 如上圖所示，引潮力在地球兩側（A點和C點）形成兩個高潮隆起區(qū)域（Tidal Bulges）。
- 這兩個隆起區(qū)域大致位于地球-月球連線上。
地球自轉的作用
- 地球以大約24小時的周期繞著自己的地軸自西向東旋轉。
- 地球表面上的任意一點（比如一個港口），隨著地球的自轉，會依次經(jīng)過：
- 靠近月球的高潮隆起區(qū)（A點附近） -> 經(jīng)歷一次高潮
- 側面低潮區(qū) -> 經(jīng)歷一次低潮
- 遠離月球的高潮隆起區(qū)（C點附近） -> 再經(jīng)歷一次高潮
- 另一個側面低潮區(qū) -> 再經(jīng)歷一次低潮
- 關鍵點： 因為地球表面上的點需要連續(xù)經(jīng)過兩個高潮隆起區(qū)，所以在一個完整的自轉周期（約24小時）內(nèi)，該點會經(jīng)歷兩次高潮和兩次低潮。
- 因此，相鄰兩次高潮之間的時間間隔大約是24小時 / 2 = 12小時。這就是半日潮周期約為12小時的直接原因。
月球公轉的影響 - 為什么是24小時50分鐘（太陰日）？
- 上面的簡化模型假設月球是靜止不動的。但實際上，月球也在繞地球公轉（方向與地球自轉相同），周期約為27.3天。
- 這意味著，當?shù)厍蜃赞D一周（相對于遙遠的恒星，約23小時56分4秒，即一個恒星日）后，月球在軌道上也向前移動了大約360°/27.3 ≈ 13.2°。
- 為了讓地球表面上的同一個點再次正對月球（即重新回到原來相對于月球的位置），地球需要額外自轉大約13.2°。
- 地球自轉13.2°所需的時間約為 (13.2°/360°) * 24小時 ≈ 50分鐘。
- 因此，地球表面上同一點連續(xù)兩次正對月球（或連續(xù)兩次到達相同月下點位置）的時間間隔是：24小時 + 50分鐘 = 24小時50分鐘。這個周期稱為太陰日 (Lunar Day)。
- 對潮汐周期的影響： 在一個太陰日（約24小時50分鐘）內(nèi)，地球上的同一點仍然會經(jīng)歷兩次高潮（經(jīng)過兩個隆起區(qū)）。所以，相鄰兩次高潮的實際平均時間間隔是：24小時50分鐘 / 2 = 12小時25分鐘。
- 我們通常說的“12小時”是理論近似值或平均值，實際觀測到的半日潮周期更接近12小時25分鐘左右。這就是為什么每天的漲潮時間會比前一天推遲大約50分鐘的原因。
太陽的作用
- 太陽也會對地球產(chǎn)生引潮力，形成太陽潮汐隆起。太陽引潮力的大小大約是月球引潮力的46%。
- 當太陽、地球、月球大致在一條直線上時（新月或滿月），太陽潮汐和月球潮汐疊加，形成大潮（Spring Tide），高潮特別高，低潮特別低。
- 當太陽-地球連線與月球-地球連線大致垂直時（上弦月或下弦月），太陽潮汐和月球潮汐部分抵消，形成小潮（Neap Tide），高潮不太高，低潮不太低。
- 太陽潮汐的周期： 太陽相對于地球的位置變化主要受地球公轉影響（一年一圈），但地球自轉仍然是主要因素。地球相對于太陽自轉一周的周期是24小時（一個太陽日）。因此太陽引潮力也產(chǎn)生兩個高潮隆起，在一個太陽日內(nèi)（24小時）產(chǎn)生兩次高潮，周期約為12小時（更準確地說是12小時）。
- 混合作用： 在大多數(shù)地方，月球潮汐占主導地位，表現(xiàn)為明顯的半日潮（12小時25分鐘周期）。但在某些地方，太陽潮汐的影響或當?shù)氐匦危ㄈ绾承螤?、水深）會改變潮汐類型，可能形成全日潮（一天一次高潮）或混合潮（高低潮高度差異明顯且周期不完全相等）。
總結
引潮力差異： 月球（和太陽）的引力在地球不同位置存在差異，形成引潮力。
雙重隆起： 引潮力在地球兩側（靠近天體和遠離天體）各推起一個海水隆起（高潮區(qū)）。
地球自轉： 地球約24小時自轉一周。
周期計算（核心）： 地球表面一點在自轉一周（24小時）內(nèi)會經(jīng)過
兩個高潮隆起區(qū)，因此經(jīng)歷
兩次高潮。相鄰兩次高潮的時間間隔約為
24小時 / 2 = 12小時。
月球公轉修正： 由于月球也在公轉，地球需要多轉約50分鐘（一個太陰日約24小時50分鐘）才能使同一點再次正對月球。因此實際半日潮周期約為
24小時50分鐘 / 2 = 12小時25分鐘。
太陽影響： 太陽引潮力（約月球一半）疊加或抵消月球潮汐，影響潮差大?。ù蟪?小潮），其基本周期也是約12小時。
所以，“12小時”這個周期本質上是地球自轉周期（24小時）與引潮力場固有的雙重對稱性（兩個高潮點）共同作用的結果。 月球公轉使其精確值變?yōu)?2小時25分鐘。
