Η παλίρροια είναι ο όρος που χρησιμοποιούμε για την εναλλασσόμενη χρονικά άνοδο και πτώση της στάθμης της θάλασσας σε σχέση με τη γη. Δημιουργείται δε από τη βαρυτική έλξη της σελήνης και του ήλιου. Όμως, παλίρροιες μπορεί να συμβούν και σε μεγάλες λίμνες, την ατμόσφαιρα ή και στο εσωτερικό του στερεού φλοιού της Γης.
Πρόκειται για ένα από τα πιο μυστηριώδη και εντυπωσιακά φαινόμενα που παρατηρούμε στα νερά της Γης. Με την άνοδο της στάθμης των νερών περιοδικά στις λίμνες και στις θάλασσες έχουμε την πλημμυρίδα (flood) και με την πτώση τους έχουμε την άμπωτη (ebb ή low tides).
Το φαινόμενο αυτό, γνωστό από την αρχαιότητα, ερμηνεύτηκε ικανοποιητικά για πρώτη φορά από το Νεύτωνα. Οφείλεται δε στη βαρυτική έλξη τόσο της Σελήνης όσο και του Ήλιου (που όμως αποτελεί περίπου το 46% αυτής της Σελήνης λόγω της μεγάλης απόστασης του) πάνω στους ωκεανούς της Γης.
Από την ιστορία
Η εξήγηση του φαινομένου της παλίρροιας, εκτός από το καθαρώς φυσικό ενδιαφέρον του, έπαιξε αποφασιστικής σημασίας ρόλο και στην ιστορία της βαρυτικής έλξης. Με εντυπωσιακό τρόπο η μηχανική του Νεύτωνα παρέχει τη σωστή εξήγηση του φαινομένου.
Η εξήγηση του φαινομένου της παλίρροιας, εκτός από το καθαρώς φυσικό ενδιαφέρον του, έπαιξε αποφασιστικής σημασίας ρόλο και στην ιστορία της βαρυτικής έλξης. Με εντυπωσιακό τρόπο η μηχανική του Νεύτωνα παρέχει τη σωστή εξήγηση του φαινομένου.
Το βιβλίο του Μαθηματικές Αρχές Φυσικής Φιλοσοφίας είχε ένα λιτό τρόπο να εξηγεί τη θεωρία του. Τόσο που φαινόταν δυσνόητο επειδή ο Νεύτωνας δεν ήταν και τόσο παιδαγωγός, αλλά προπαντός, επειδή οι υπολογισμοί του απαιτούσαν μαθηματικά εντελώς νέα και συνεπώς άγνωστα στην πλειονότητα των επιστημόνων εκείνης της εποχής.
Όμως, είχε γράψει ένα πολύ διαφωτιστικό έργο με τίτλο: Λόγος στον βασιλέα σχετικά με τις παλίρροιες, το οποίο ήταν καθοριστικά για την διάδοση και ερμηνεία όχι μόνο της παλίρροιας μα και όλης της θεωρίας του.
Την εποχή του Νεύτωνα οι λαϊκές δοξασίες εξηγούσαν τελεολογικά τις παλίρροιες. Λεγόταν, παραδείγματος χάρη, ότι ο θεός είχε δημιουργήσει τις παλίρροιες «για τη διευκόλυνση του εμπορίου» ή «για λογούς καθαριότητας», καθώς η πλημμυρίδα και η άμπωτη της θάλασσας άφηναν το νερό να λιμνάζει στα λιμάνια.
Διαπίστωναν εντούτοις:
• τη σύμπτωση της περιόδου των παλιρροιών με εκείνην της Σελήνης
• την ύπαρξη μεγάλων παλιρροιών κατά την πανσέληνο και τη νέα σελήνη, και:
• την καθημερινή καθυστέρηση των παλιρροιών (50 λεπτά περίπου), που αντιστοιχούσε ακριβώς στην καθυστέρηση της Σελήνης,
• τη σύμπτωση της περιόδου των παλιρροιών με εκείνην της Σελήνης
• την ύπαρξη μεγάλων παλιρροιών κατά την πανσέληνο και τη νέα σελήνη, και:
• την καθημερινή καθυστέρηση των παλιρροιών (50 λεπτά περίπου), που αντιστοιχούσε ακριβώς στην καθυστέρηση της Σελήνης,
Έτσι, είχαν σημειώσει, χωρίς να την πιστεύουν αναγκαστικά, τη σχέση που υπήρχε ανάμεσα στην κίνηση της θάλασσας και εκείνης του δορυφόρου μας.
Με το πέρασμα του χρόνου, διάφορες ερμηνείες του φαινομένου είχαν προταθεί. O Πλάτωνας θεωρούσε ότι οι παλίρροιες οφείλονταν στις ταλαντεύσεις ενός ρευστού που περιεχόταν σε υπόγεια σπήλαια και εκδήλωνε έτσι, στην επιφάνεια των θαλασσών και των ωκεανών, ένα είδος αναπνοής της Γης. Με το φαινόμενο ασχολήθηκαν ο Πυθέας ο Μασσαλιώτης, ο Σέλευκος αλλά και ο Ποσειδώνιος που ήταν οι πρώτοι που διαπίστωσαν τη σχέση της παλίρροιας με τη Σελήνη.
Άλλες ερμηνείες, μεταγενέστερες, θεμελιώνονταν στην έλξη του ομοίου από το όμοιο: Όπως ένας μαγνήτης έλκει ό,τι του μοιάζει, έτσι και ο κάθε πλανήτης, πιστευόταν, έλκει τα σώματα που του αντιστοιχούν, σε βαθμό που, αν ένα σεληνιακό αντικείμενο βρισκόταν στην επιφάνεια της Γης θα ανέβαινε από μόνο του προς τη Σελήνη. Εκτιμάτο έτσι ότι, η έλξη της θάλασσας από τη Σελήνη δήλωνε το σεληνιακό χαρακτήρα του νερού.
O Κέπλερ προσέθετε σε αυτή την ιδέα της έλξης ένα φαινόμενο διαστολής των ωκεανών υπό την επίδραση του Ήλιου. O Γαλιλαίος είχε θελήσει να χρησιμοποιήσει τις παλίρροιες ως απόδειξη της διπλής κίνησης της Γης. O Καρτέσιος, στη δική του αναπαράσταση του κόσμου, θεωρούσε, τέλος, ότι η Γη συρόταν γύρω από τον Ήλιο από έναν γιγαντιαίο στρόβιλο αόρατης ύλης και έβρισκε σε αυτήν τη θεώρηση μιαν άλλη εξήγηση των παλιρροιών: το πέρασμα της Σελήνης επάνω από μια περιοχή του ωκεανού συμπίεζε αυτή την ύλη η οποία, με τη σειρά της, ασκούσε πίεση επί του ωκεανού.
Καμία, εντούτοις, από αυτές τις θεωρίες δεν εξηγούσε το φαινόμενο κατά τρόπον ικανοποιητικό. Συγκεκριμένα, καμιά δεν ήταν ικανή να εξηγήσει την ύπαρξη δύο παλιρροιών ημερησίως. Για να δείξουμε δε το μέγεθος του προβλήματος, οι περιπατητικοί φιλόσοφοι παραδέχονταν ότι επρόκειτο για ένα αίνιγμα του οποίου ως και ο Αριστοτέλης δεν είχε μπορέσει να βρει τη λύση. Ένας μύθος λέει, άλλωστε, ότι ο Αριστοτέλης ρίχτηκε στη θάλασσα από τα βράχια της Εύβοιας απελπισμένος που δεν μπόρεσε να εξηγήσει το φαινόμενο των παλιρροιών.
Η εξήγηση
Τελικά στο Νεύτωνα οφείλουμε την ερμηνεία του φαινομένου. Ότι δηλαδή οφείλεται στη βαρυτική έλξη που ασκεί η Σελήνη και ο Ήλιος στους ωκεανούς της Γης. Πρέπει να επισημάνουμε πώς ο Ήλιος αν και είναι σώμα τεραστίας μάζας ασκεί μικρότερη έλξη (περίπου το 46% της Σελήνης) λόγω της μεγάλης απόστασης του.
Τελικά στο Νεύτωνα οφείλουμε την ερμηνεία του φαινομένου. Ότι δηλαδή οφείλεται στη βαρυτική έλξη που ασκεί η Σελήνη και ο Ήλιος στους ωκεανούς της Γης. Πρέπει να επισημάνουμε πώς ο Ήλιος αν και είναι σώμα τεραστίας μάζας ασκεί μικρότερη έλξη (περίπου το 46% της Σελήνης) λόγω της μεγάλης απόστασης του.
Η βασική ιδέα η οποία εξηγεί το φαινόμενο της παλίρροιας είναι η εξής:
Η Σελήνη και ο Ήλιος έλκουν ισχυρότερα τους ωκεανούς που βρίσκονται πιο κοντά τους, λιγότερο ισχυρά το κέντρο της Γης και ακόμα λιγότερο τους ωκεανούς της απομακρυσμένης πλευράς. Με αυτόν τον τρόπο οι ωκεανοί τείνουν να διογκώνονται στην πλησιέστερη πλευρά, επειδή το νερό έλκεται περισσότερο και τείνει να απομακρυνθεί από τη Γη. Επίσης, εξογκώνονται και τα νερά που βρίσκονται στην απομακρυσμένη πλευρά της, διότι το κέντρο της Γης έλκεται ισχυρότερα από ότι, τα νερά αυτής της πλευράς, και τείνει έτσι να απομακρυνθεί από αυτά. Κάθε μέρα, βλέπουμε δύο ισχυρές πλημμυρίδες (όταν ανεβαίνουν πολύ τα νερά) και δύο ασθενικές (όταν τα νερά είναι χαμηλά). Ανάμεσα σε δύο ισχυρές παλίρροιες μεσολαβούν περίπου 12 ώρες και 25 λεπτά.
Η διαφορά στη δύναμη που ασκείται στις δυο αντιδιαμετρικές πλευρές ονομάζεται παλιρροϊκή δύναμη. Προσοχή λοιπόν, η παλίρροια οφείλεται στην διαφορά των δύο δυνάμεων κι όχι σε αυτή καθ’ αυτή την βαρυτική έλξη.
Η παλιρροϊκή δύναμη έχει σχέση με τις διάφορες θέσεις των τριών ουρανίων σωμάτων (Γη, Σελήνη και Ήλιος). Έτσι, η διαφορά των δύο δυνάμεων είναι μεγαλύτερη κατά την διάρκεια των συζυγιών, όταν δηλαδή προστίθεται η έλξη του Ηλίου και τα τρία ουράνια σώματα είναι σε ευθεία (συζυγική παλίρροια). Συζυγία έχουμε κατά την πανσέληνο και κατά την νέα Σελήνη. Μικρότερη δύναμη έχουμε την περίοδο των τετραγωνισμών, όταν δηλαδή Ήλιος-Γη-Σελήνη σχηματίζουν ορθή γωνία (παλίρροια τετραγωνισμού). Όταν δηλαδή ο ήλιος και η σελήνη είναι σε ευθεία γραμμή, υπάρχουν εξαιρετικά ισχυρές δυνάμεις βαρύτητας, προκαλώντας έτσι πολύ μεγάλη παλίρροια η οποία ονομάζεται ισχυρή (spring) παλίρροια (το νερό ανεβαίνει και κατεβαίνει πάρα πολύ στους ωκεανούς). Όταν ο ήλιος και η σελήνη δεν είναι σε ευθεία γραμμή αλλά σε τετράγωνο, τότε οι βαρυτικές δυνάμεις αλληλοαναιρούνται και η παλίρροια δεν έχει τόσο μεγάλο ύψος ή βάθος. Τότε λέγεται χαμηλή (neap) παλίρροια.
Η παλιρροϊκή δύναμη έχει σχέση με τις διάφορες θέσεις των τριών ουρανίων σωμάτων (Γη, Σελήνη και Ήλιος). Έτσι, η διαφορά των δύο δυνάμεων είναι μεγαλύτερη κατά την διάρκεια των συζυγιών, όταν δηλαδή προστίθεται η έλξη του Ηλίου και τα τρία ουράνια σώματα είναι σε ευθεία (συζυγική παλίρροια). Συζυγία έχουμε κατά την πανσέληνο και κατά την νέα Σελήνη. Μικρότερη δύναμη έχουμε την περίοδο των τετραγωνισμών, όταν δηλαδή Ήλιος-Γη-Σελήνη σχηματίζουν ορθή γωνία (παλίρροια τετραγωνισμού). Όταν δηλαδή ο ήλιος και η σελήνη είναι σε ευθεία γραμμή, υπάρχουν εξαιρετικά ισχυρές δυνάμεις βαρύτητας, προκαλώντας έτσι πολύ μεγάλη παλίρροια η οποία ονομάζεται ισχυρή (spring) παλίρροια (το νερό ανεβαίνει και κατεβαίνει πάρα πολύ στους ωκεανούς). Όταν ο ήλιος και η σελήνη δεν είναι σε ευθεία γραμμή αλλά σε τετράγωνο, τότε οι βαρυτικές δυνάμεις αλληλοαναιρούνται και η παλίρροια δεν έχει τόσο μεγάλο ύψος ή βάθος. Τότε λέγεται χαμηλή (neap) παλίρροια.
Τα τρία όμως σώματα (Γη, Σελήνη και Ήλιος) επειδή το επίπεδο της τροχιάς της Γης γύρω από τον ήλιο (εκλειπτική) δεν συμπίπτει με το επίπεδο της τροχιάς της Σελήνης γύρω από τη Γη, δεν μπορούν να ευθυγραμμιστούν τελείως παρά μόνο τη στιγμή των ισημεριών (21 Μαρτίου και 21 Σεπτεμβρίου). Στα ηλιοστάσια σχηματίζουν μια μέγιστη γωνία (5° 8′), ενώ αυτή είναι μηδενική όπως είπαμε τη στιγμή των ισημεριών. Επομένως, μόνο τη στιγμή που ο Ήλιος, η Γη και η Σελήνη μπορούν να ευθυγραμμίζονται τέλεια, άρα τότε οι οφειλόμενες στον Ήλιο και στη Σελήνη παλιρροιακές δυνάμεις μπορούν να προστεθούν ακριβώς, έχουμε πολύ μεγάλες παλίρροιες. Αυτές λέγονται παλίρροιες των ισημεριών.
Τέλος ας σημειωθεί μια ειδική παλίρροια που είναι σπάνια. Τότε το νερό ανεβαίνει ασυνήθιστα ψηλά. Αυτή η πολύ ισχυρή παλίρροια παρουσιάζεται όταν το φεγγάρι είναι πολύ κοντά μας. Ο τύπος αυτός συμβαίνει το πολύ μία φορά κάθε 1,5 χρόνια.
