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 тонки 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 а Дракона, теперь он расположен вблизи Полярной звезды, а через 2000 лет «полярной» звездой станет у Цефея. Через 12 000 лет право называться «полярной» перейдет к звезде Веге (а 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. 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 близ полюсных 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.
7. Прецессия и нутация
В основе теории вращения Земли лежит закон сохранения углового момента системы, который гласит, что угловой момент замкнутой системы при равенстве момента внешних сил нулю сохраняется. Если  - вектор углового момента,  - момент внешних сил, то в инерциальной системе отсчета уравнение вращательного движения тела имеет вид:
 |
(7.1) |
Если  , то из (7.1) следует, что  .
Если на Землю действуют внешние силы, момент которых не равен нулю, то под их действием происходит изменение ориентации вектора углового момента Земли. По определению вектор углового момента равняется произведению тензора инерции  на вектор угловой скорости вращения Земли  :
 |
(7.2) |
Если  , то из (7.1) и (7.2) следует, что векторы и будут изменять свое положение в инерциальной системе отсчета.
Под внешними силами в данной главе мы будем понимать силы притяжения Земли Луной и Солнцем7.1. В этом случае смещение вектора углового момента Земли в пространстве называется лунно-солнечной прецессией. Так как силы притяжения и их момент меняются во времени из-за обращения Земли вокруг Солнца и Луны, то это приводит к периодическим движениям вектора углового момента Земли, которые накладываются на медленное прецессионное движение и называются нутацией.
Во вращающейся системе координат уравнение (7.1) имеет вид:
 |
(7.3) |
Уравнение (7.3) используется для определения влияния геофизических процессов, таких как перемещение масс в атмосфере и океанах, тектоническое движение плит коры Земли, землетрясений и т.д., на вращение Земли и описывает движение вектора в земной системе координат. Эти процессы приводят к изменению тензора инерции Земли, влияя, следовательно, на вращение Земли. Если считать, что атмосфера и океаны связаны с Землей и составляют с Землей замкнутую систему, то  . Это значит, что вектор углового момента под действием геофизических процессов сохраняет свое положение в пространстве. Но так как из-за перемещения масс происходит изменение тензора инерции Земли, то вектор изменяет свою ориентацию относительно вектора , т.е. вектор движется относительно самой Земли. Наблюдателю, находящемуся на поверхности Земли, кажется, что Земля качается относительно оси углового момента. Поэтому иногда это движение называется качанием Земли (по-английски "wobble"), но чаще движением полюса.
Нутация и движение полюса тесно связаны друг с другом, и о точном определении этих явлений будет рассказано позже при определении небесного эфемеридного полюса.
*******************
далее - только для тех, кто не скурил учебник математики еще в начальных классах
с уважением, VP
Источник: nashivkosmose.ru.
Рейтинг публикации:
|
