Прецессия и нутация – движение оси вращения Земли

Астрономы и астрологи древности считали, что ось вращения Земли неподвижна относительно звездной сферы.
Но за 160 лет до н.э. Гиппарх из Никеи – величайший астроном древности – сравнил эклиптические координаты звезд, полученные им из собственных наблюдений, и данные александрийских астрономов Аристиппа и Тимохариса, полученные ими за 150 лет до него. Гиппарх обнаружил, что широты звезд не изменились, а долготы увеличились на 2 градуса.

Точка весеннего равноденствия медленно двигалась навстречу годичному движению Солнца, то есть против хода зодиакальных знаков.
Это явление получило название прецессия (о латинского praecessio – предшествование), или лунно-солнечная прецессия (предварение равноденствий).
Смещение составляет 50,371” за год.
Полный круг точка весеннего равноденствия совершает за 25729 лет.
Нетрудно рассчитать, что точка весеннего равноденствия сместится на 1 градус примерно за 72 года.

 

 

Основным ориентиром на небесной сфере для жителей северного полушария Земли является Северный полюс мира.

При кажущемся суточном вращении небесной сферы он остается неподвижным, но вследствие прецессии медленно перемещается среди звезд вокруг полюса эклиптики против часовой стрелки по окружности сферического радиуса 23 градуса 27 минут.

В наше время он все ближе и ближе подходит к Полярной звезде (угловое расстояние между полюсами и Полярной звездой составляет 57’ ) и на самое близкое расстояние (28’) подойдет к ней в 2100 году.
В дальнейшем он прошествует по созвездиям Цефей, Лебедь и Лира и примерно через 12 тысяч лет окажется вблизи самой яркой звезды северного полушария – Веги.
Полный круг на звездный сфере полюс мира опишет через 25729 лет.

Физические причины прецессии

Земля окружена многими небесными телами, взаимодействующими с ней и между собой по закону всемирного тяготения. Наиболее существенное влияние на Землю оказывают силы притяжение со стороны Солнца и Луны.

Земля – сложное сплюснутое тело, имеющее утолщение у экватора.
Силы притяжения Луны и Солнца действуют на более близкую к ним часть экваториального утолщения сильнее, чем на более далекую, и создают две пары сил.
Каждая из этих пар лежит в плоскости того меридиана Земли, где в данный момент светило светило находится в кульминации.
При любом положении Солнца на эклиптике создаваемую им пару сил можно разложить на две пары, причем одна из них, лежащая в плоскости солнцестояний, всегда будет поворачивать Землю около прямой, направленной в точку весеннего равноденствия, против часовой стрелки.

Другая пара, лежащая в плоскости равноденствий, меняет свое направление вращения в зависимости от положения Солнца на эклиптике, смещая ось вращения Земли периодически то в сторону осеннего, то в сторону весеннего равноденствия.
Очевидно, что величина пары сил, создаваемых Солнцем, зависит от положения Солнца на эклиптике.

Масса Луны примерно в 27 миллионов раз меньше массы Солнца, зато Луна в 374 раза ближе к Земле и влияет на нее сильнее Солнца, создавая другую пару сил, которая стремится совместить плоскость земного экватора с плоскостью лунной орбиты.
Но движение Луны значительно сложнее движения Солнца, так как Луна смещается по орбите, наклоненной на 5 градусов 9 минут к эклиптике.
Кроме того, движение Луны испытывает существенные возмущения со стороны Земли и, в меньше степени, Солнца, а точки пересечения эклиптики  и орбиты Луны (Лунные узлы) смещаются в сторону, обратную движению Луны с периодом около 18,6 года.
В целом же пара сил, создаваемая притяжением Луны, действует аналогично паре сил, создаваемых притяжением Солнца.

Вследствие непрерывного суммарного действия двух пар сил ось вращения медленно смещается около неподвижной оси, направленной в полюс эклиптики.
Соответственно северный полюс мира будет двигаться вокруг полюса эклиптики, который можно считать неподвижным среди звезд.

Движение происходит по малому кругу со сферическим радиусом 23 градуса 27 минут с приблизительно постоянной скоростью 20” в год.
Так как вектор смещения полюса направлен в точку весеннего равноденствия, то последняя непрерывно отступает по эклиптике навстречу кажущемуся годичному движению Солнца со скоростью 50,371” в год.

Нутация

В 1737 году Дж. Брадлей открыл небольшие колебания оси вращения Земли, накладывающиеся на прецессионное движение оси вращения, главный член которых имеет период колебаний 18,6 года.
Это движение земной оси получила название нутация.

 

Причины колебательно-периодического движения оси вращения Земли, накладывающегося на прецессионное, - силы притяжения со стороны Солнца и Луны.

Из-за явления прецессии Солнце приходит к точке весеннего равноденствия каждый раз раньше, чем в предыдущем году (то есть раньше, чем Земля совершит оборот вокруг Солнца).
Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнцем точки весеннего равноденствия называется тропическим годом.
Тропический год короче звездного года на 20 минут 24 секунды и его продолжительность составляет 365 дней 48 минут 46 секунд.
Наступление сезонов года связано с тропическим годом, и благодаря прецессии они ежегодно начинаются на 20 минут 24 секунды раньше, чем Земля закончит очередной оборот вокруг Солнца.

Автор В.А.Вайсберг

АСТРО БУТИК

КАТАЛОГ ТОВАРОВ