物体靠近黑洞时为什么会被拉成面条?固体潮与海洋潮在计算上会有什么不同之处?潮汐导致的地球...|潮汐导致的能量传递 黑洞附近的意大利面效应( 三 )
文章图片
上式中的常数可以通过取θ=θ0得到 , 结果是-Gm1/R , 因此有:
文章图片
从这个式子立即得到:
文章图片
其中:
文章图片
于是海面到地球中心的距离为:
文章图片
对比前面的椭球面方程即可知道海面确实近似为旋转对称的椭球面 。 进一步的对比可以得到偏心率为:
文章图片
根据偏心率的定义 , 代入数据可以得到Re比Rp要短大约0.54米 , 这正是此模型下的海洋潮差 。 同时 , 可以计算得知此式中的R确实是地球平均半径 。
文章图片
(张朝阳证明海面是椭球面)
固体潮导致引力势修正引力势修正影响潮差
在前面的计算中 , 张朝阳假设了地球固体部分不形变 。 实际上 , 在潮汐力的作用下 , 地球固体部分也是会发生形变的 , 此形变被称为固体潮 。
张朝阳介绍说 , 由于固体密度比水的密度大得多 , 固体形变导致的引力势改变将变得不可忽略 , 特别地 , 固体形变导致的引力势修正是与月球的潮汐势处在同一量级的 , 因此必须考虑进来 。
固体与流体具有许多不同之处 , 不过张朝阳先假设了固体会像流体那样形变使得表面与等势面重合 。 进一步地 , 张朝阳假设固体潮形变仍然是椭球形的形变 , 因此地球表面可以表示为:
文章图片
然后 , 张朝阳借助了作微小椭球形变的密度均匀的球体的引力势公式:
文章图片
再次使用月球的潮汐势公式 , 可得此时的等势面方程为:
文章图片
由于Rs=R+h , h相对于R来说非常小 , 上式三项对h作展开会得到正比于h的项 , 这些项的系数正是各项势对应的加速度 , 其中第一项对应的加速度最大 , 约等于重力加速度 , 而其他项对应的加速度都很小 , 因此可以直接忽略 , 所以第二第三项中的Rs可以直接取为R , 这样就得到:
文章图片
取θ=θ0可以得到上式中的常数等于-Gm1/R , 通过对上式第一项作展开并且只保留最低阶的两项可以得到:
文章图片
化简可得:
文章图片
所以:
文章图片
这就是把固体当作流体处理时所得的地球偏心率 , 可见考虑了形变导致的引力势修正之和 , 偏心率公式中的系数由3/2变成了15/4 , 变大了1.5倍 。
实际上 , 由于地球自转很快 , 加上地球固体近似是一种弹性体 , 固体形变维持与恢复的时间尺度远大于流体 , 因此固体表面会偏离等势面 。 更严格的分析表明 , 固体潮导致的偏心率为:
文章图片
- 提到宇宙中的那些可怕的天体|宇宙中比黑洞更可怕的天体是什么?
- 地球发现“黑洞”,难道有什么危险?专家:这是上天给中国的礼物
- 双十一|亚马逊黑科技-仓库拾货机器人通过人工智能来识别物体
- 宇宙中还有比黑洞更可怕的天体吗?答案是肯定的
- 黑洞|在“宇宙实验室”探索引力之谜
- 距离地球|外媒:天文学家发现距地球最近黑洞
- 台风“梅花”靠近,杨浦严阵以待
- “这种物体跟随展开移动的效果,是怎么做的?”
- 团购|做了几年的亏钱“黑洞”,社区团购也该换个打法了
- 芯片|?140亿颗芯片!中企砍单继续发酵,老美的大麻烦在靠近