5. Прецесія і нутація.

При складанні каталогів вказують рівнодення каталогів. Це обумовлено тим, що точка весняного рівнодення зміщується по екліптиці назустріч видимому річному рухові Сонця з кутовою швидкістю 50,26” за рік, або на 1 за 72 роки.

А це було так: за 169 років до Гіпарха два грецькі астрономи Арістіл і Ти-мохаріс спостерігали повне місячне затемнення в ніч весняного рівнодення.

В момент найглибшого входження Місяця в тінь землі центр його диска проектувався на точку осіннього рівнодення. В цей момент було виміряно кутову відстань зорі Спіка від центра місячного диска. Таке затемнення спостерігав Гіпарх і провівши аналогічні вимірювання виявив , що за 169 років Спіка наблизилась до точки осіннього рівнодення на 2. Це давало середнє зміщення точки весняного рівнодення за рік на 43”. Згодом значення прецесії було уточнене.

Суть явища: вісь добового обертання Землі ( вісь світу) приблизно за 26000 років описує конус , а полюси світу- кола з кутовим радіусом 23,5. Тому близько 5000 років тому Полярною була зоря -Дракона, а через 12000 років цей полюс буде недалеко від зорі Веги (- Діви). В даний час полюс світу знаходиться поблизу зорі - Малої Ведмедиці .

Явище прецесії земної осі спостерігається тому, що форма Землі близька до сфероїда.

F1>F2 (1)

Сили F1 і F2 намагаються повернути вісь обертання сфероїда Р Р так, щоб площина екватора сфероїда співпала напрямом з TL. Внаслідок цього вісь обертання Р Р переміщується в напрямі перпендикулярному площині, в якій лежать сили F1 і F2 , бо Земля обертається з кутовою швидкістю .

На екваторіальній виступи діють сили притягання Місяця і Сонця, внаслідок чого вісь обертання Землі здійснює дуже складний рух в просторі:

1) Вона повільно описує навколо осі екліптики конус, залишаючись весь час нахиленою до площини орбіти Землі під кутом 66°33’. Цей рух земної осі називається прецесійним ,його період 26000 років.Внаслідок цього полюси світу за цей же період описують навколо полюсів екліптики малі круги радіусом 23°27’. Прецесія породжена дією Сонця і Місяця називається місячно-сонячною прецесією.

Вісь Землі здійснює коливання навколо свого середнього положення. Ці коливання називаються нутацією. Нутацію відкрив у 1748 році англ. астроном Джеймс Брадлей(1693-1762), який встановив, що на прецесійний рух полюсів світу накладається коливання осі світу з амплітудою 9” і періодом 18,6 року, що обумовлене особливостями руху Місяця навколо Землі. Нутаційні коливання виникають тому, що прецесійні сили Сонця і Місяця (F1 і F2) безперервно змінюють свою величину і напрям.

Період головного нутаційного коливання земної осі – 18,6 року і дорівнює періоду обертання місячних вузлів. Внаслідок цього руху земної осі полюси світу описують на небесній сфері еліпси великі півосі яких рівні 18,42” , а малі – 13,72”.

Внаслідок прецесії і нутації земної осі полюси світу описують на небесній сфері складні, хвилясті лінії.

Притягання планет не може змінювати положення осі обертання Землі (мала сила F1 і F2), але воно впливає на рух Землі навколо Сонця, змінюючи в просторі положення земної орбіти (площини-екліптики). Ці зміни положення площини екліптики називаються планетарною прецесією, яка зміщає точку весняного рівнодення.

Наслідки прецесійного руху земної осі.

1) Полюси світу за 26000 років описують навколо полюсів екліптики круги радіусом » 23° ,5.

2) Внаслідок прецесії від планет полюси екліптики переміщаються по небесній сфері. Це призводить до того, що криві по яких переміщаються полюси світу не замкнені.

Разом із зміною напрямку осі світу, змінюється положення небесного екватора. Також змінюється положення площини екліптики (прецесія від планет). Внаслідок цих змін точка весняного рівнодення повільно переміщається серед зірок на захід з швидкістю за рік

”,

і називається загальною річною прецесією в екліптиці.

Загальна річна прецесія в екваторі: , де - кут нахилу екліптики до екватора і він повільно зменшується (на 0”,47 за рік).

Але через декілька тисяч років почне зростати, тому що це збурення має періодичний характер.

Переміщення точки весняного рівнодення приводить до того, що зміщується вся сітка екваторіальних координат. Наприклад, 6000 років тому координати зорі Спіки були , а в 1950 році . Близько 4000 років тому точка аесняного рівнодення знаходилася в сузір’ї Тельця.

Близько 2000 років тому астрономи поділили екліптику на 12 однакових частин і кожну дугу позначили знаком відповідного зодіакального сузір’я. Тоді точка весняного рівнодення лежала в сузір’ї Овна. За 2000 років вона змістилась на 28° і сьогодні знаходиться в сузір’ї Риб. На початку нашої ери точка весняного рівнодення (¡) знаходилася в сузір’ї Овна, а точка осіннього – в Терези. З того часу точка ¡ перемістилась в сузір’я Риб, а осіннього рівнодення – Діви. Внаслідок того, що точка ¡ напрямлена назустріч видимому річному руху Сонця по екліптиці, то Сонце приходить в цю точку трохи раніше, ніж тоді коли б точка ¡ була нерухома.

Проміжок часу між двома послідовними моментами проходження центра диска Сонця через точку ¡ називається тропічним роком.

Період обертання Землі навколо Сонця відносно зір – зоряним роком.

Тропічний рік на 20 хв. коротший за зоряний.

Внаслідок руху точки ¡ на захід екліптичні довготи всіх зір збільшуються за рік на 50”,26. а екліптичні широти не змінюються, бо місячно – сонячна прецесія не змінює положення площини екліптики.

Пряме сходження і схилення зір безперервно змінюються. Внаслідок цього відбувається повільна зміна вигляду зоряного неба для даного місця на Землі. Деякі раніше невидимі зорі стануть видимими, а деякі видимі – невидимими. Наприклад, через декілька тисяч років в Європі можна буде спостерігати невидимий тепер Південний Хрест, але не буде видно зорі Сіріус і частину сузір’я Оріона.