Прецессия и нутация

Вероятно, вы не раз наблюдали вращение волчка и обратили внимание на то, что его ось практически не бывает неподвижна. Под действием силы земного тяготения, в соответствии с законами вращательного движения, ось волчка перемещается, описывая коническую поверхность.

Земля - большой волчок. И ее ось вращения под действием сил тяготения Луны и Солнца на экваториальный избыток (как известно, Земля сплюснута и, таким образом, у экватора расположено как бы больше вещества, чем у полюсов) также медленно вращается.

Ось вращения Земли описывает около оси эклиптики конус с углом в 23,5°, вследствие чего полюс мира движется вокруг полюса эклиптики по малому кругу, совершая один оборот примерно за 26 000 лет. Это движение называется прецессией.

Следствием прецессии является постепенное смещение точки весеннего равноденствия навстречу видимому движению Солнца на 50,3" в год. По этой причине Солнце ежегодно вступает в точку весеннего равноденствия на 20 мин раньше, чем оно совершает полный оборот на небе.

В результате прецессии медленно изменяется картина суточного вращения звездного неба: около 4600 лет назад полюс мира был вблизи звезды α Дракона, теперь он расположен вблизи Полярной звезды, а через 2000 лет полярной звездой станет γ Цефея. Через 12 000 лет право называться полярной перейдет к звезде Веге (α Лиры), которая в настоящее время отстоит от полюса на 51°.

Изменение положения небесного экватора и полюса мира, а также перемещение точки весеннего равноденствия вызывает изменение экваториальных и эклиптических небесных координат. Поэтому, приводя координаты небесных светил в каталогах, изображая их на картах, обязательно указывают эпоху, т. е. момент времени, для которого были приняты положения экватора и точки весеннего равноденствия при определении системы координат.

Явление прецессии было открыто во II в. до н. э. греческим астрономом Гиппархом при сравнении долгот звезд, определенных им из наблюдений, с долготами этих же звезд, найденными за 150 лет до него греческими астрономами Тимохарисом и Аристиллом. В значительной мере прецессия возникает под действием сил тяготения Луны.

Силы, которые вызывают прецессию, вследствие изменения расположения Солнца и Луны относительно Земли постоянно меняются. Поэтому, наряду с движением оси вращения Земли по конусу, наблюдаются небольшие ее колебания, названные нутацией. Наибольшее из таких колебаний имеет амплитуду 9,2" и период 18,6 г. Под воздействием прецессии и нутации полюс мира описывает среди звезд сложную волнообразную кривую.

Скорости изменения координат звезд вследствие прецессии зависят от положения звезд на небесной сфере. Склонения разных звезд изменяются за год на величины от +20" до -20" в зависимости от прямого восхождения. Прямые восхождения вследствие прецессии меняются более сложным образом, и их поправки зависят как от прямых восхождений, так и от склонений звезд. Для близполюсных звезд прямые восхождения могут меняться весьма заметно даже за небольшие интервалы времени. Например, прямое восхождение Полярной звезды меняется за 10 лет почти на целый градус. Таблицы прецессии публикуются в астрономических ежегодниках и календарях.

Следует иметь в виду, что прецессия и нутация изменяют лишь ориентировку оси вращения Земли в пространстве и не влияют на положение этой оси в теле Земли. Поэтому ни широты, ни долготы мест земной поверхности из-за прецессии и нутации не изменяются и влияния эти явления на климат не оказывают.