Die Gleichgewichtstheorie der Gezeiten

Dies wird manchmal als die Theorie der „statischen“ Gezeiten bezeichnet, eine Theorie, die zum ersten Mal in Isaac Newtons berühmten Principia auftauchte. Nachdem Newton und andere nach ihm die gezeitenerzeugenden Kräfte identifiziert hatten, stellten sie sich einen hypothetischen Weltozean vor, der sich in einem statischen Gleichgewicht mit diesen Kräften befindet – ein Gleichgewicht, das eine kugelförmige Wasseroberfläche auf der Erde voraussetzt. „Prolate“ bedeutet, dass die fragliche Kugel entlang einer Linie gestreckt wurde, die zwei Pole miteinander verbindet; in diesem Fall nicht die geografischen Pole, sondern die Pole, die mit dem Himmelskörper (Mond oder Sonne) in einer Linie liegen und die Verformung der hypothetischen Ozeankugel verursachen. Wenn man sich die Grafik zur Veranschaulichung der Zugkräfte aus dem vorigen Modul noch einmal ansieht, kann man sich leicht vorstellen, dass das Wasser an diesen Polen zusammenläuft und zwei „Gezeitenwülste“ erzeugt – ein Begriff, der in modernen Lehrbüchern immer noch sehr beliebt ist.

Der Grund für die Beliebtheit der Gleichgewichtstheorie – zumindest des Konzepts der Gezeitenwülste – liegt darin, dass sich bestimmte bekannte Gezeitenphänomene leicht mit Bildern erklären lassen. In der Abbildung links unten rotiert ein imaginärer Beobachter namens Joe mit der Erde und trifft auf die statischen Ausbuchtungen in Form von Flutwellen, die immer dann auftreten, wenn der Mond Joes lokalen Meridian kreuzt. Zwölf Mondstunden später, wenn der Mond den entgegengesetzten Meridian auf der anderen Seite der Erde kreuzt, ist wieder Flut. An einem Mondtag, der in der Sonnenzeit 24 Stunden und 50 Minuten dauert, treten zwei Hochs und zwei Tiefs auf. In der Abbildung rechts ist der Mond auf seiner Umlaufbahn um die Erde bis zu einer Position nördlich des Äquators vorgerückt (Norddeklination). Die statischen Ausbuchtungen verschieben sich, um in einer Linie mit dem Mond zu bleiben, und Joe trifft nun auf eine tageszeitliche Ungleichheit bei den Fluten (aufeinanderfolgende Fluten von ungleicher Höhe). Bei maximaler Monddeklination nördlich oder südlich des Äquators entstehen tropische Gezeiten; Gezeiten, die auftreten, wenn sich der Mond auf dem Äquator befindet, werden als äquatoriale Gezeiten bezeichnet.tropisch-äquatoriale Gezeiten treten zweimal in einem Intervall von 27 1/3 Tagen auf – der Tropenmonat umfasst einen kompletten Zyklus der Monddeklination. Alle diese Beobachtungen stimmen mit der Gleichgewichtstheorie überein.

Ein weiteres Phänomen, das sich auf diese Weise leicht nachweisen lässt, ist der bekannte Frühlings-Nebel-Zyklus. Die Sonnengravitation erzeugt auch ein Paar Gezeitenwülste im hypothetischen Ozean. Wenn die Zugkräfte der Sonne und des Mondes übereinstimmen, kommt es zu Springfluten mit größerer Reichweite (höhere Höchst- und niedrigere Tiefstwerte), wie in der Abbildung links unten dargestellt. Wenn der Mond einen weiteren Halbzyklus auf seiner Umlaufbahn vollendet – diesmal von Voll- zu Neumond -, treten wie in den vorherigen Abbildungen wieder Springfluten auf.

Die Abbildung unten rechts veranschaulicht den Nippteil des Spring-Nap-Zyklus; d.h. wenn sich der Mond im ersten Viertel (oder im dritten Viertel) dieses Zyklus befindet, sind die Zugkräfte von Mond und Sonne völlig aus dem Gleichgewicht, so dass sie dazu neigen, einander entgegenzuwirken, und es ergeben sich Nippfluten mit geringerer Reichweite (niedrigere Höchst- und Tiefstwerte). Zwei Spring-Nap-Zyklen (zwei Springs und zwei Neaps) werden in 29 ½ Tagen abgeschlossen, der gleichen Zeitspanne, die der Mond benötigt, um eine volle Erdumlaufbahn in Bezug auf die Sonne zu vollenden.

Zu den anderen Aspekten der beobachteten Gezeiten, die mit der Gleichgewichtstheorie übereinstimmen, gehört der Perigäums-Apogäumszyklus. Dieser ergibt sich aus der Tatsache, dass die Umlaufbahn des Mondes um die Erde eher eine Ellipse als einen Kreis beschreibt. Perigäische Gezeiten mit größerer Reichweite treten am Mondperigäum auf, wenn der Mond der Erde am nächsten ist, und apogäische Gezeiten mit geringerer Reichweite treten am Mondapogäum auf, wenn der Mond in seiner elliptischen Umlaufbahn am weitesten von der Erde entfernt ist. Der Perigäum-Apogäum-Zyklus dauert etwa 27 ½ Tage.

Obwohl die Gleichgewichtstheorie zyklische Gezeitenphänomene und die mit vielen von ihnen verbundenen Wiederholungsperioden hervorragend erklärt, ist sie ein Beispiel für ein Modell idealen Verhaltens – etwas, das für den beabsichtigten Zweck funktioniert, auch wenn es vielleicht nicht in allen Fällen der Wahrheit entspricht. Wir müssen nicht lange nach solchen Fällen suchen. Die Erde ist nur teilweise von ihren Gewässern bedeckt, Landmassen verhindern, dass irgendetwas, das einer Flut ähnelt, sie vollständig umrundet, und Beobachtungen von realen Gezeiten zeigen, dass sie nicht sofort auf die gezeitenerzeugenden Kräfte des Mondes und der Sonne reagieren, wie es die Theorie verlangt.

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