Прецессия и нутация земной оси. Прецессия земли Период прецессии

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 ООО 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 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 (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 сйл 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.

На эклиптике точки солнцестояний и равноденствий отмечены как символами соответствующих знаков Зодиака, так и сокращенными латинскими наименованиями созвездий, в которых эти точки находятся в настоящее время: осеннее равноденствие в Деве (Vir), зимнее солнцестояние в Стрельце (Sgr), весеннее равноденствие в Рыбах (Psc), летнее солнцестояние на границе Тельца (Tau) и Близнецов (Gem)

Классический пример прецессии - детская игрушка юла. Если юлу сильно раскрутить, то она сначала вращается, стоя на месте, как вкопанная, но по мере того, как скорость вращения из-за трения уменьшается, ось юлы начинает совершать конусовидное вращательное движение, пока юла не упадёт на бок. Дело в том, что на юлу, кроме силы трения, действуют ещё сила тяжести и сила реакции опоры, которые и создают момент сил, вызывающий прет цессионное движение юлы. А на Землю, движущуюся в вакууме, сила трения не действует, но зато действуют силы притяжения Солнца, Луны и других планет. И это бы ничего: будь Земля идеальным шаром или не будь наклона земной оси к плоскости эклиптики, никакого момента сил от притяжения Солнца, Луны и планет не возникало бы. Но поскольку Земля из-за собственного вращения слегка сплюснута у полюсов, а земная ось наклонена примерно на 23°, всё-таки появляется момент сил, стремящийся совместить плоскость эклиптики с плоскостью земного экватора, что и вызывает прецессионный поворот земной оси и перпендикулярной этой оси экваториальной плоскости в направлении, противоположном вращению Земли вокруг Солнца. Земная ось описывает в пространстве конус (см. рис.), но период её полного оборота очень большой - сейчас он принят равным 25 729 годам, т. е. средняя скорость прецессии земной оси - 50.37 угловых секунд в год. Скорость эта не постоянна, она медленно изменяется, причём рассчитать абсолютно точно изменение скорости прецессии на больших интервалах времени невозможно - слишком много неизвестных или июхо известных космических и геологических факторов влияет на прецессионное движение. Первую математическую модель прецессии разработал И. Ньютон, Затем она уточнялась такими знаменитыми математиками, как Ж. д"Аламбер, П. Лаплас и Л. Эйлер. В настоящее время эталонной считается теория прецессии Земли, разработанная американским астрономом С. Ньюкомом в конце XIX века.

Видимым образом прецессия проявляется в весьма медленном смещении на небесной сфере неподвижных звёзд относительно любых своих зафиксированных в произвольный момент положений. Но ведь зафиксировать звёзды очень трудно, для этого нужно иметь какие-то опорные точки на небе. В качестве таких точек и использовались положения Солнца в дни равноденствий и солнцестояний. Естественно, в древние времена люди не могли наблюдать звёзды одновременно с Солнцем, т. е. днём, но зато можно было отмечать положения звёзд ночью в канун или сразу после солнцестояний и равноденствий. Именно по разности положений звёзд, определённых из своих собственных наблюдений во время равноденствий и найденных за 150 лет до него другими астрономами, древнегреческий астроном Гиппарх сделал вывод о явлении «предварения равноденствий», или прецессии. Живший 300 лет спустя после Гиппарха Клавдий Птолемей проверил наблюдения своего предшественника и убедился, что открытое им явление действительно существует. Но затем о прецессии забыли надолго и вспомнили только в ренессансной Европе.

Открытие Гиппархом прецессии произошло примерно через 250 лет после введения греческим астрономом и астрологом Евктемоном зодиакального круга, поделенного на 12 одинаковых секторов-знаков. До Евктемона греки работали только с зодиакальными созвездиями, хотя ещё раньше египтяне и вавилоняне уже знали Зодиак. Интересно, что в качестве начала отсчёта на зодиакальном круге Евктемон использовал точку летнего солнцестояния, а не весеннего равноденствия, как сейчас. Обнаруженное Гиппархом смещение кардинальных точек зодиакальной окружности (т. е. солнцестояний и равноденствий) относительно неподвижных звёзд не могло не поставить перед древними звездочётами вопрос: какую же точку на эклиптике принять за начало отсчета небесных координат - ту, что зафиксирована в какой-то момент относительно звёзд (в этом случае Зодиак называют сидерическим), или ту, что движется вместе с солнцестояниями и равноденствиями (такой Зодиак называют тропическим)? Европейские астрологи и астрономы стали использовать движущийся тропический Зодиак, а вот индусы почему-то выбрали сидерический - неподвижный. Может быть, поэтому и время в Индии остановилось, а в Европе полетело вперёд. Но, похоже, чем дальше расходились зодиакальные окружности северных и южных ариев, т. е. европейцев и индийцев, тем большая магическая «разность потенциалов» между ними возникала, пока не замкнули два оккультных полюса Елена Петровна Блаватская и полковник Олькотт.

Колдовской разряд, возникший при замыкании магической цепи «Запад - Восток», породил в питательном бульоне западного эзотерического андеграунда очень много монструозных созданий, в том числе и на идейно-ментальном плане, как выражаются оккультисты. Одним из таких созданий стала доктрина чередования астрально-исторических эпох, частным случаем которой является учение о грядущей эре Водолея. Но если многие теософские фантазии современными оккультистами благополучно забыты, то культ эры Водолея давно вышел из эзотерического подполья и продолжает уверенно набирать обороты. На мой взгляд, главной причиной успеха религии Новой эры на Западе является четко сформулированный в ней догмат об окончании эпохи «традиционного» христианства, налагавшего на своих приверженцев, по мнению нью-эйджеров, бремена неудобоносимые. Новая же эра обещает человеку почти полную свободу от всех и всяческих оков и ограничений, вплоть до избавления от законов материального мира и перехода к «иной реальности». В то же время в идеологии New Age последовательно проводится принцип «замуж выйти и девушкой остаться»: Христос не отвергается совсем, а просто ставится в один ряд с другими «великими учителями человечества», такими как Лao-цзы, Зороастр, Будда и проч. Поэтому у вновь приобщённых к New age-религии не возникает ощущение измены вере отцов, наоборот, традиционная вера, как они считают, поднимается ими на новый уровень, устраняются её конфликты и противоречия с современной наукой и с другими религиями, что и гарантирует всеобщее согласие и гармонию в грядущем «Прекрасном Новом Мире».

Религия Новой эры стала естественным завершением давно идущего на Западе процесса, который можно назвать «подгонкой Бога под себя»: уже римо-католики, а затем и протестанты постарались так модифицировать христианство, чтобы оно не слишком мешало наслаждаться яствами на празднике жизни. В том же направлении двигались многочисленные секты и закрытые эзотерические структуры западной цивилизации. Расцветшая в XVIII–XX веках религия Разума, культ позитивной науки и материального прогресса обеспечили дальнейший рывок в сторону от церкви Христа и апостолов. Единственный недостаток культа Разума - принципиальная неразрешимость в нём вопроса о смерти и бессмертии - не позволил, однако, этому культу стать венцом западного религиозного творчества, но тут теософия как раз и ткнула Европу и Америку носом в великое восточное изобретение - реинкарнацию. «Хорошую религию придумали индусы!» - понял Запад, а дальше всё уже было делом техники, в которой западный человек непревзойдённый мастер. И завертелись колёса прецессий, кальп, платоновских годов и эр Отца, Сына и Святого Духа, связывая в одной причудливой виртуальной машине ньютоновско-декартову механическую вселенную (с добавкой теории Большого Взрыва и Общей теории относительности, где вселенная тоже пульсирует), платоновско-индуистский Абсолют-Перводвигатель и всевозможные стадиальные построения метаисториков - от Иоахима Флорского до Гегеля, Маркса, Тойнби и Освальда Шпенглера. Лет сто ушло на отладку и настройку новых мировых часов, а в начале XXI века, похоже, состоялся их торжественный пуск.

Прецессионные космические часы оказались очень удобны для хронометража Новой эры в силу следующего (случайного?) обстоятельства: один прецессионный «месяц», составляющий 1/12 прецессионного «года», т. е. полного периода прецессии земной оси, равен примерно 2 000 обычным годам, а именно столько лет прошло с начала христианской эры до наших дней. Таким образом, если зафиксировать на эклиптике в год рождества Христа точку весеннего равноденствия, которую западные астрологи и астрономы привыкли считать началом отсчёта небесных координат, то спустя 2000 лет эта точка сместится на один знак относительно неподвижного сидерического Зодиака, действительно перейдя из «сидерических» Рыб в «сидерического» Водолея. Потому мол, мы все имели полное право отпраздновать в 2001 (или в 2000?) году наступление Новой эры. Однако, если посчитать точнее, праздник придётся отложить: поделив на 12 период прецессии, равный, согласно современным данным, 25 729 годам, мы получим прецессионный «месяц» продолжительностью в 2 144 года, а вовсе не в 2000 лет. Разница, конечно, по космометаисторическим меркам несущественная, но только нам и даже нашим детям, похоже, встречать зарю эры Водолея не придётся. Обидно!

Некоторые любители праздников и юбилеев начинают хитрить, говоря, что отсчёт эры Рыб нужно вести не от Рождества Христова, а от открытия прецессии Гиппархом, которое действительно произошло около 140 года до н. э. Но как это, безусловно, важное астрономическое открытие увязать с христианством, они при этом не поясняют. Да и прецессия, судя по последним археологическим данным, была известна гораздо раньше Гиппарха вавилонянам, египтянам, ольмекам и даже таинственным создателям каменной обсерватории Стоунхендж на Британских островах. Понятно, что, сдвигая произвольно точку отсчёта, можно что угодно совместить с чем угодно, но натяжки при этом слишком уж бьют в глаза. И ещё одна, теперь уже эзотерическая, неувязочка: знаки неподвижного Зодиака, по которым перемещается точка весеннего равноденствия, отмечая «сидерические» эпохи, трактуются в использующей их индусской астрологии совсем не так, как знаки подвижного тропического Зодиака, который в ходу на Западе. Опять получается борьба цивилизаций вместо водолейского мира и согласия.

Правда я, если честно, не очень понимаю, откуда и в «западном»-то Водолее мир и согласие: ведь если верить нынешним астрологам, эта обитель Урана и Сатурна чревата скорее борьбой, метаниями, переворотами и катастрофами, перемежающимися время от времени тотальной замкнутостью и «закручиванием гаек». Недаром русские эзотерики считают Водолей знаком нашего многострадального отечества. Так что, может, ну его в баню, Водолея этого, может Телец действительно поприятнее будет? Тем более Телец не какой-то там условно-астрологический, сидерически-тропический, а натуральный, звёздный, с Плеядами, Гиадами и красным глазом главной своей звёзды - Альдебарана. А то, что он не в те небесные ворота пожаловал и уже гостил когда-то в нашем мире, не беда. «Вертикальные» ворота солнцестояний, как следует из трудов всех серьезных эзотериков, гораздо важнее «горизонтальных» ворот равноденствий. К тому же, когда звёздный Телец охранял восточные ворота (т. е. когда в созвездии Тельца размещалась точка весеннего равноденствия, а продолжалось это примерно с середины V тысячелетия до н. э. до начальных веков II тысячелетия до н. э.), все основные древние цивилизации и возникли: Египетская в долине Нила, Шумеро-Аккадская в Двуречье, цивилизация Хараппы и Мохенджо даро на берегах Инда, древнекитайское царство Ся на реке Хуанхэ и города ольмеков в Мезоамерике. В ту же эпоху праотец Авраам переселился из Ура халдейского в Ханаан и заключил завет с Богом.

Нижние врата летнего солнцестояния пребывали тогда под надзором звёздного Льва. А вот самые сакральные Верхние врата зимнего солнцестояния в эпоху рождения цивилизаций действительно охранял в основном Водолей, так что именно это время правильнее всего называть эрой Водолея. И только Западные врата осеннего равноденствия охранялись не пойми кем: по современной нарезке созвездий стражем был большую часть времени Змееносец, затем его сменил Скорпион, потом Весы. Но именно этот участок неба в те времена древние звездочёты подвергали существенным трансформациям, они нередко объединяли и вновь разъединяли созвездия в данной области или просто их переименовывали. Созвездие Весов в древности считалось просто клешнями Скорпиона, а кем был Змееносец, вообще не ясно. Во всяком случае, с тех пор у многих народов отложилось в памяти представление о четырёх небесных звероподобных стражах, охраняющих божественный престол, и эти стражи не раз потом являлись пророкам и духовидцам. Перед пророком Иезекиилем они предстали в таком виде (Иез. 1:10).

Вследствие возмущающего действия, оказываемого на вращение Земли телами Солнечной системы, ось вращения Земли совершает в пространстве очень сложное движение. Земля имеет форму сфероида, и поэтому различные части сфероида притягиваются Солнцем и Луной неравномерно.

1. Ось медленно описывает конус, оставаясь всё время наклонённой к плоскости движения Земли под углом около 66 º ,5. Это движение называетсяпрецессионным , период его около 26 000 лет. Оно определяет среднее направление оси в пространстве в различные эпохи.

2. Ось вращения Земли совершает различные мелкие колебания около своего среднего положения, главные из которых имеют период 18,6 года, (этот период есть период обращения узлов лунной орбиты, так как нутация есть следствие действия притяжения Луны на Землю) и называются нутацией земной оси. Нутационные колебания возникают, потому что прецессионные силы Солнца и Луны непрерывно меняют свою величину и направление. Они = 0, когда Солнце и Луна находятся в плоскости экватора Земли и достигают максимума при наибольшем удалении от него. Истинный полюс мира вследствие нутации описывает вокруг среднего полюса сложную кривую. Его движение на небесной сфере совершается приблизительно по эллипсу, большая полуось которого равна 18",4, а малая 13",7. Вследствие прецессии и нутации взаимное расположение полюсов мира и полюсов эклиптики непрерывно изменяется.

3. Притяжение планет мало, чтобы вызывать изменения положений земной оси. Но планеты влияют на положение земной орбиты. Изменения положений плоскости эклиптики под воздействием притяжения планет называется планетной прецессией .

Полюс мира, определяемый средним направлением оси вращения Земли, т.е. обладающий только прецессионным движением, называется средним полюсом мира .Истинный полюс мира учитывает и нутационные движения оси. Средний полюс мира вследствие прецессии за 26 000 лет описывает около полюса эклиптики окружность радиусом 23º,5. За один год перемещение среднего полюса мира на небесной сфере составляет около 50",3. На такую же величину перемещаются на запад и равноденственные точки, двигаясь навстречу видимому годовому движению Солнца. Это явление называетсяпредварением равноденствий . Вследствие этого Солнце попадает в равноденственные точки раньше, чем на то же самое место на фоне звёзд. Полюс мира описывает незамыкающийся круг на небесной сфере. 2000 лет до н.э. полярной звездой былаДракона, через 12 000 лет полярной станетЛиры. В начале нашей эры точка весеннего равноденствия находилась в созвездии Овна, а точка осеннего равноденствия в созвездии Весов. Сейчас точка весеннего равноденствия находится в созвездии Рыб, а осеннего в созвездии Девы.

Прецессионное движение полюса мира вызывает изменение координат звёзд с течением времени. Влияние прецессии на координаты:

d/dt = m + n sintg,

d/dt = n sin,

где d/dt, d/dt - изменения координат за год, m - годичная прецессия по прямому восхождению, n - годичная прецессия по склонению.

Из-за непрерывного изменения экваториальных координат звёзд, происходит медленное изменение вида звёздного неба для данного места на Земле. Некоторые невидимые ранее звёзды будут восходить и заходить, а некоторые видимые - станут невосходящими. Так, через несколько тысяч лет в Европе можно будет наблюдать Южный Крест, но нельзя будет увидеть Сириус и часть созвездия Ориона.

Прецессия была открыта Гиппархом и объяснена И. Ньютоном.

Уважаемые любители астрономии! "Каждый человек в наше время сталкивается со знаками "Зодиака". Таким образом он узнает, под какой звездой (созвездием) он родился. Но часто, сравнив астрологические и астрономические даты нахождения Солнца в том или ином созвездии, люди удивляются несовпадению этих дат. Все дело в том, что за 2 тысячи лет со времени создания гороскопов все звезды сместились на небосводе относительно точек равноденствий. Это явление называется прецессией (предварением равноденствий) и об этом явлении рассказывается в замечательной статье академика А.А. Михайлова "Прецессия". Впервые статья была опубликована в журнале "Земля и Вселенная" №2 за 1978 год."

Академик А. А. Михайлов.

ПРЕЦЕССИЯ.

26 апреля Александру Александровичу Михайлову исполнится 90 лет. Труды академика А. А. Михайлова получили мировое признание. Поразительна многогранность его научных интересов. Это - практическая и теоретическая гравиметрия, теория затмений, звёздная астрономия и астрометрия. Велики заслуги академика А. А. Михайлова в становлении и развитии советской астрономии. Редакционная коллегия и читатели «Земли и Вселенной» сердечно поздравляют Александра Александровича с юбилеем и желают ему здоровья и новых творческих успехов.

«Прецессия» в переводе с латинского означает «хождение вперед». Что представляет собой прецессия и как определяется ее величина!

ГДЕ НАЧАЛО ОТСЧЕТА КООРДИНАТ?

Положение точки на поверхности Земли определяется двумя координатами - широтой и долготой. Экватор как начало отсчета широты дан самой природой. Это-линия, во всех точках которой отвес перпендикулярен оси вращения Земли. Начало же отсчета долгот приходится выбирать условно. Это может быть меридиан, проходящий через какую-нибудь точку, которая принимается за исходную. Поскольку вычисление долготы связано с измерением времени, то за такую точку принимают астрономическую обсерваторию, где время определяется наиболее точно. Так, во Франции в старину долготы исчислялись от Парижской обсерватории; в России после основания в 1839 году Пулковской обсерватории - от меридиана, проходящего через центр ее главного здания. Были попытки взять за исходную точку такую, чтобы на данной территории все долготы отсчитывались в одну сторону. Например, в XVII веке за начало была принята самая западная точка Старого света - Ферро, один из Канарских островов, к востоку от которого лежала вся Европа, Азия и Африка. В 1883 году по международному соглашению за начальный принят меридиан, проходящий через оптическую ось пассажного инструмента Гриничской обсерватории («Земля и Вселенная», № 5, 1975, с. 74-80.- Ред.).

Выбор начального меридиана для отсчета долгот не имеет принципиального значения и диктуется целесообразностью и удобством. Важно лишь, чтобы исходная точка была устойчива и не находилась бы в сейсмически неспокойном районе. Нужно также, чтобы она не располагалась слишком близко к полюсу, где положение меридиана определяется не очень уверенно. При соблюдении этих условий постоянство начального меридиана будет обеспечено на тысячи лет, так как смещение блоков земной коры не превышает нескольких миллиметров в год, что может вызвать изменение долготы на 0,1" лишь за тысячелетие.

На небесной сфере положение светил тоже определяется двумя сферическими координатами, аналогичными географическим координатам. Широта здесь заменена склонением, равным угловому расстоянию точки от небесного экватора - большого круга, плоскость которого перпендикулярна оси вращения Земли. Географической долготе соответствует прямое восхождение, которое отсчитывается с запада на восток - в сторону движения планет Солнечной системы. Однако выбор начальной точки на небесной сфере сложнее. Понятно, что такая точка должна быть неподвижной, но относительно чего? Нельзя брать за начало какую-нибудь звезду, ведь каждая звезда имеет собственное движение, и у некоторых оно превышает \" в год. Это в десятки тысяч раз больше, чем движение нуль-пункта географической долготы.

ПОЧЕМУ ИЗМЕНЯЕТСЯ СКЛОНЕНИЕ ЗВЕЗД?

Астрономия как наука возникла в глубокой древности отчасти вледст-вие потребности в измерении времени, связанного с видимым суточным и годичным движениями Солнца, которые вызывают смену дня и ночи и времен года. Отсюда сама собой появилась тесно связанная с Солнцем система астрономических координат. За нуль-пункт прямых восхождений была принята точка пересечения небесного экватора с эклиптикой, через которую Солнце проходит в момент весеннего равноденствия. Во времена древних астрономов эта точка находилась в зодиакальном созвездии Овна, знак которого Т похож на греческую букву гамма. Такое обозначение точки весеннего равноденствия сохранилось до сих пор. Она ничем не отмечена на небе и определить ее положение можно, лишь измеряя вблизи равноденствия склонения Солнца: в момент, когда при переходе из южного полушария в северное его склонение равно нулю, центр Солнца и будет находиться в точке весеннего равноденствия. Привязку ее к звездам астрономы умели делать более 2000 лет тому назад. В то время не было средств для наблюдения звезд днем наряду с Солнцем, так что приходится удивляться остроумию и умению древних наблюдателей.

Греческий астроном Клардий Пто-лемей в знаменитом сочинении, известном нам под искаженным арабским названием «Альмагест» (середина II века), писал, что живший за три столетия до него величайший греческий астроном Гиппарх определял широты звезд (угловые расстояния от эклиптики), а также их склонения (расстояния от экватора) и сравнивал их с аналогичными наблюдениями Тимохариса, произведенными на 100 лет раньше. Гиппарх нашел, что широты звезд остались неизмененными, а склонения заметно изменились. Это указывало на смещение экватора относительно эклиптики. Птолемей проверил выводы Гип-парха и получил следующие склонения звезд: а Тельца а Девы Альдебаран Спика + 8°45" +1°24" (Тимохарпс) + 9°45" +0°36" (Гиппарх) +11°0" -0°30" (Птолемей) Оказалось, что склонение Альде-барана со временем увеличилось, а Спики уменьшилось. Гиппарх истолковал это перемещением среди звезд точки весеннего равноденствия. Она движется навстречу Солнцу, поэтому Солнце возвращается к ней раньше, чем опишет полный оборот по эклиптике. Отсюда и произошел термин «предварение» равноденствия (по-латыни, ргаесезэеге). Перемещение точки весеннего равноденствия (Г) за период с III века до нашей эры по II век. Изменение склонений звезд Алъдебарана (А) и Спики (8) К. Птолемей связал со смещением экватора относительно эклиптики, а значит, и с движением точки их пересечения Г навстречу Солнцу (направление его движения указано стрелкой).

Изменилось и положение Северного полюса мира с Р на Р"

Скорость движения точки весеннего равноденствия по эклиптике весьма мала, Гиппарх оценил ее в 1° за 100 лет, или 36" в год. Птолемей получил большее значение-почти 60" в год. С тех пор эта фундаментальная для астрометрии величина уточнялась по мере накопления наблюдений, совершенствования техники и течения времени. Арабские ученые в Х-XI веках находили, что точка весеннего равноденствия смещается за год на 48-54", великий узбекский астроном Улугбек в 1437 году получил 51,4". Последний, кто проводил наблюдения невооруженным глазом, был Тихо Браге. В 1588 году он оценил эту величину в 51".

Год природы, то есть период повторения сезонов, называемый тропическим годом, определяется движением Солнца относительно точки весеннего равноденствия и равен 365,24220 средних солнечных суток. Полное обращение Солнца относительно неподвижной точки эклиптики, например звезды с исчезающе малым собственным движением, известно как звездный, или сидерический, год. Он равен 365,25636 суток, то есть на 0,01416 суток, или 20 минут 24 секунды, длиннее тропического года. Именно такой промежуток времени требуется Солнцу для прохождения отрезка эклиптики, на который отступила за год точка весеннего равноденствия.

ВСЕГДА ЛИ ПОЛЯРНАЯ ОСТАНЕТСЯ ПОЛЯРНОЙ

Итак, более 2000 лет назад было обнаружено явление прецессии, но объяснение его дал лишь в 1687 году Исаак Ньютон в своем бессмертном сочинении «Математические начала натуральной философии». Он правильно заключил, что вследствие суточного вращения вокруг оси Земля имеет форму слегка сплющенного у полюсов эллипсоида. Ее можно рассматривать как шар с добавочной массой, расположенной вдоль экваториального пояса. Притяжение Земли Луной и Солнцем в этом случае можно разделить на две части: притяжение земного шара силой, приложенной к его центру, и притяжение экваториального пояса. Когда Луна 2 раза в месяц, а Солнце 2 раза в год отходят от плоскости земкого экватора, их притяжение создает момент силы, стремящийся повернуть Землю так, чтобы ее экватор проходил через эти светила.

Силы притяжения Луны, действующие на центр нашей планеты и ее экваториальный пояс экватора, их притяжение создает момент силы, стремящийся повернуть Землю так, чтобы ее экватор проходил через эти светила. Если бы Земля не вращалась, то такой поворот действительно произошел бы, но быстрое вращение Земли (ведь точка ее экватора перемещается со скоростью 465 м/с) создает гироскопический эффект, как у вращающегося волчка. Сила тяжести стремится повалить волчок, но вращение удерживает от падения, и его ось начинает движение по конусу с вершиной в точке опоры. Подобно этому и земная ось описывает конус вокруг оси эклиптики, ежегодно отходя на 50,2" и совершая полный оборот почти за 26 000 лет. Это изменение направления земной оси в пространстве приводит к тому, что Северный полюс мира описывает вокруг Северного полюса эклиптики малый круг с радиусом около 23,5°, то же происходит и с Южным полюсом. Поскольку собственные движения звезд малы по сравнению с прецессионным движением, можно считать звезды практически неподвижными, а полюсы - перемещающимися среди них.

В настоящее время Северный полюс мира находится очень близко к яркой звезде 2-й величины к Малой Медведицы, которая поэтому называется Полярной. В 1978 году угловое расстояние полюса от этой звезды равно 50", а в 2103 году оно станет минимальным - всего 27". Мы бы назвали такую близость полюса мира к яркой звезде удачной. Действительно, в практической астрономии и ее приложениях к географии, геодезии, навигации и авиации Полярная звезда используется для определения широты и азимута. К 3000 году Северный полюс удалится от нынешней Полярной звезды почти на 5°. Затем долгое время не будет близкой к полюсу яркой звезды. Около 4200 года полюс подойдет на расстояние 2° к звезде а Цефея 2-й величины. В 7600 году полюс окажется близ звезды б Лебедя 3-ей величины, а в 13800 году полярной, хотя и далекой от полюса (на 5°), будет наиболее яркая звезда северного полушария Вега в созвездии Лиры.

В южном полушарии, наоборот, полюс сейчас находится в области неба, крайне бедной яркими звездами. Ближайшая к полюсу звезда о Октанта имеет всего 5-ю величину и едва видна невооруженным глазом. Зато в будущем, хотя и далеком, в южном полушарии будет «урожай» на близполюсные звезды. Однако движение полюсов не строго равномерно, оно медленно изменяется вследствие векового уменьшения наклона экватора к эклиптике, а также уменьшения эксцентриситета земной орбиты. Кроме того, происходят более значительные периодические колебания в положении полюсов, вызванные изменениями склонений Луны и Солнца. Когда их склонения увеличиваются - светила удаляются от экватора,- возрастает их стремление повернуть Землю в свою сторону. Хотя Луна имеет массу в 27 млн. раз меньше массы Солнца, но она настолько ближе к Земле, что ее действие в 2,2 раза сильнее действия Солнца. Таким образом, почти 70% прецессионного движения вызывается Луной.Луна и Солнце периодически изменяют свое положение относительно экватора. Склонение Солнца регулярно меняется в пределах ±23,5° с годичным периодом, склонение Луны меняется более сложно, в зависимости от положения узлов лунной орбиты, которые совершают один оборот по эклиптике за 18,6 года. Наклон лунной орбиты к эклиптике составляет 5° и, когда восходящий узел близок к точке весеннего равноденствия, наклон орбиты складывается с наклоном эклиптиг.ч, так что склонение Луны в течение месяца колеблется между ±28,5°. Через 9,3 года, когда к точке весеннего равноденствия подходит нисходящий узел, наклоны вычитаются и склонение Луны меняется в пределах ±18,5°. Месячные изменения склонения Луны и годичные изменения склонения Солнца не успевают произвести значительного действия на прецессионное движение. Колебание же склонения Луны с периодом 18,6 года вызывает колебания земной оси с амплитудой 9,2", называемые нутацией. Это явление открыл английский астроном Джеймс Брад-лей в 1745 году.

Имеется еще одно обстоятельство, не влияющее на склонения звезд, но тем не менее вызывающее небольшое движение точки весеннего равноденствия. Это - притяжение планет Солнечной системы.Положения Северного (вверху) и Южного (внизу) полюсов мира среди, звезд. Положения полюсов отмечены цифрами через каждую тысячу лет, начиная с 2000 года до нашей эры (-2) и кончая 23000 годом (23). Планеты слишком далеки от Земли, чтобы их действие на экваториальный пояс Земли было ощутимым. Однако вследствие наклонов планетных орбит к эклиптике возникает некоторый, хотя и очень слабый момент сил, стремящийся повернуть плоскость земной орбиты до совпадения с плоскостью орбиты данной планеты. Суммарное действие всех больших планет слегка изменяет положение эклиптики, что сказывается и на положении точек пересечения ее с экватором, то есть на положении точки весеннего равноденствия. Это дополнительное смещение, равное примерно 0,1" в год, называется прецессией от планет, тогда как основное движение есть лунно-солнечная прецессия. Суммарное действие лунно-солнечной прецессии и прецессии от планет называется общей прецессией.

КАК ИЗМЕРИТЬ ПРЕЦЕССИЮ?

Зная массы планет и элементы их орбит, можно точно вычислить значение прецессии от планет, но лунно-солнечную прецессию приходится определять из наблюдений почти тем же способом, как это впервые сделал Гиппарх,- по изменениям планет Солнечной системы.

Прецессия и нутация земной оси (масштаб нутационных колебаний для наглядности увеличен)склонении звезд. Такой способ проще и надежнее, чем нахождение положений точки весеннего равноденствия среди звезд. Однако дело осложняется тем, что все звезды имеют собственные движения, также влияющие на их склонения, и приходится тщательно исследовать и исключать эти движения из наблюдавшихся склонений звезд. Особенно трудно исключить систематические движения звезд, вызванные перемещением Солнца в пространстве и вращением Галактики.

Большую работу по точному определению значения общей прецессии выполнил в конце прошлого века американский астроном Саймон Ньюком. Полученное им значение было утверждено в 1896 году международной комиссией, хотя теперь мы знаем, что определение этой важной постоянной, произведенное почти на полвека раньше пулковским астрономом, а впоследствии директором Пулковской обсерватории О. В. Струве, точнее. Значение общей прецессии, вычисленное Нью-комом для 1900 года, равно: 50,2564" + 0,000222" Т (второй член дает годичное изменение, Т-число лет, протекших с начала 1900 года). Постоянной прецессии Ньюкома пользовались все астрономы в течение 80 лет. Лишь в 1976 году XVI съезд Международного астрономического союза в Гренобле принял новое значение для 2000 года: 50,290966" + 0,0002222" Т. Старое значение для 2000 года (50,2786") на 0,0124" меньше нового. В заключение опишем способ определения постоянной прецессии, разработанный в последние десятилетия. Мы уже задавались вопросом, как найти на небесной сфере неподвижную точку для обоснования нуль-пункта прямых восхождений. Еще в 1806 году французский астроном и математик Пьер Лаплас высказал мысль, что наименьшими, исчезающе малыми собственными движениями обладают слабые и далекие туманные пятна, видимые в телескопы во многих местах неба. Лаплас считал их большими звездными системами, удаленными от нас на огромные расстояния. Впоследствии Лаплас, пытаясь обосновать свою космогоническую гипотезу, изменил мнение о природе туманностей. Он полагал, что это - планетные системы, находящиеся в стадии формирования, то есть образования, гораздо меньшие и более близкие к нам. Теперь мы знаем, что правильно первое мнение Лапласа, но на это предположение в свое время не обратили внимания, да и не было тогда для него обоснования. Практическое осуществление идеи Лапласа - определить нуль-пункт прямых восхождений относительно внегалактических туманностей - стало возможным только после усовершенствования астрофотографии.

Внегалактические туманности - галактики - нельзя считать абсолютно неподвижными. Как следует из теории расширяющейся Вселенной, галактики удаляются от нас со скоростями, пропорциональными их расстояниям. Если принять, что поперечные линейные скорости одного порядка со скоростями удаления, то они составляют примерно 75 км/с на 1 млн. парсек, или 3, 26 млн."световых лет. Тогда получается, что смещения далеких галактик на небесной сфере станут заметными лишь через миллионы лет. Таким образом, галактики могут служить основой инерциальной системы координат - системы, которая не имеет вращения, а обладает только поступательным прямолинейным движением («Земля и Вселенная», № 5, 1967, с. 14-24.-Ред.). Строго говоря, движение должно быть и равномерным, но мы не располагаем способом обнаружения неравномерности и потому вынуждены с ней не считаться.

Лишь в 30-х годах текущего столетия пулковские и московские астрономы подняли вопрос о привязке системы звездных положений к далеким галактикам. Предложение советских астрономов подробно обсуждалось в 1952 году на VIII съезде Международного астрономического союза в Риме, и вскоре А. Н. Дейч в Пулкове и С. Василевские на Лик-ской обсерватории в США получили многочисленные фотографии галактик и слабых звезд. Эти снимки можно было использовать в качестве «первых эпох», дающих положения звезд для некоторых исходных моментов. Повторение таких снимков через 20 и более лет послужило для определения абсолютных собственных движений звезд относительно галактик. Эти работы выполнялись в Пулкове, Москве, Ташкенте и на нескольких зарубежных обсерваториях. Установление инерциальной системы с помощью далеких галактик осложняется тем, что галактики, которые имеют достаточно светлое и четкое ядро для уверенного измерения на фотонегативах, не ярче 15-й звездной величины. Такой же примерно величины бывают и «привязанные» к ним звезды. Для практики же интересны положения ярких звезд - от 1-й до 6-й или 7-й величины, блеск которых в десятки тысяч раз превосходит звезды 15-й величины. Поэтому приходится повторно фотографировать участки неба и производить необходимую привязку часто даже в две ступени, включая промежуточные звезды примерно 10-й величины.

С момента получения фотографий «первых эпох» прошло еще недостаточно времени, чтобы в полной мере использовать преимущества нового способа определения постоянной прецессии. В будущем этот метод даст уверенное и точное обоснование инерциальной системы координат. И тогда положение точки весеннего равноденствия - нуль-пункт прямых восхождений - будет «закреплено» на небесной сфере на многие тысячелетия.

Следовательно, под действием лунного притяжения водная оболочка Земли принимает форму эллипсоида, вытянутого по направлению к Луне, и близ точек A и B будет прилив, а у точек F и D- отлив.

Вследствие вращения Земли приливные выступы образуются в каждый следующий момент уже в новых местах земной поверхности. Поэтому за промежуток времени между двумя последовательными верхними (или нижними) кульминациями Луны, равный в среднем 24 h 52 m , приливные выступы обойдут вокруг всего земного шара и за это время в каждом месте произойдет два прилива и два отлива.

Под действием солнечного притяжения водная оболочка Земли также испытывает приливы и отливы, но солнечные приливы в 2,2 раза меньше лунных. Действительно, с учетом (3.17) ускорение приливообразующей силы Солнца равно , где М ¤ - масса Солнца, а а - расстояние Земли от Солнца. Разделив ускорение приливообразующей силы Луны на это ускорение, получим:

Так как М ¤ = 333 000 масс Земли, массы Земли и a = 390 r. Следовательно, приливная сила Солнца в 2,2 раза меньше приливной силы Луны. Солнечные приливы отдельно не наблюдаются, они только изменяют величину лунных приливов.

Во время новолуний и полнолуний (так называемых сизигий ) солнечный и лунный приливы наступают одновременно, действия Луны и Солнца складываются и наблюдается самый большой прилив. Во время первой и последней четверти (так называемых квадратур ) в момент лунного прилива происходит солнечный отлив, и действие Солнца вычитается из действия Луны: наблюдается наименьший прилив.

В действительности явление приливов и отливов гораздо сложнее. Земля не везде покрыта океаном и приливная волна (приливной выступ), пробегая по поверхности океана, встречает на своем пути сложные береговые линии материков, различные формы морского дна и испытывает при этом трение. Как правило, в силу указанных причин момент прилива не совпадает с моментом кульминации Луны, а запаздывает приблизительно на один и тот же промежуток времени, иногда доходящий до шести часов. Высота прилива в разных местах также не одинакова. Во внутренних морях, например, в Черном и Балтийском, приливы ничтожны - всего в несколько сантиметров.

В океане, вдали от побережья, величина прилива не превышает 1 м, но у берегов, в зависимости от их очертаний и глубины моря, приливы могут достигать значительной высоты. Так, например, в Пенжинской губе (Охотское море) наибольшая величина прилива 12,9 м, в заливе Фробишера (южное побережье острова Баффинова Земля) -15,6 м, а в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады) - 18 м. Трение приливной волны о твердые части Земли вызывает систематическое замедление ее вращения.

Приливы и отливы испытывает также и земная атмосфера, что сказывается на изменениях атмосферного давления. Приливные явления обнаружены и в земной коре с амплитудой порядка 0,5 м .

Если бы Земля имела форму шара, однородного или состоящего из сферических слоев равной плотности, и являлась бы абсолютно твердым телом, то согласно законам механики направление оси вращения Земли и период ее вращения оставались бы постоянными на протяжении любого промежутка времени.

Однако Земля не имеет точной сферической формы, а близка к сфероиду. Притяжение же сфероида каким-либо материальным телом L (рис. 3.4) складывается из притяжения F шара, выделенного внутри сфероида (эта сила приложена к центру сфероида), притяжения F 1 ближайшей к телу L половины экваториального выступа и притяжения F 2 другой, более далекой, половины экваториального выступа. Сила F 1 больше силы F 2 и поэтому притяжение тела L стремится повернуть ось вращения сфероида Р N Р S так, чтобы плоскость экватора сфероида совпала с направлением TL (на рис. 3.4 против часовой стрелки). Из механики известно, что ось вращения P N P S в этом случае будет перемещаться в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой лежат силы F 1 и F 2 .

На экваториальные выступы сфероидальной Земли действуют силы притяжения от Луны и от Солнца. В результате ось вращения Земли совершает очень сложное движение в пространстве.

Прежде всего, она медленно описывает вокруг оси эклиптики конус, оставаясь все время наклоненной к плоскости движения Земли под углом около 66° 34" (рис. 3.5). Это движение земной оси называется прецессионным , период его около 26 000 лет. Вследствие прецессии земной оси полюсы мира за тот же период описывают вокруг полюсов эклиптики малые круги радиусом около 23° 26". Прецессия, вызываемая действием Солнца и Луны, называется лунно-солнечной прецессией.

Кроме того, ось вращения Земли совершает различные мелкие колебания около своего среднего положения, которые называются нутацией земной оси . Нутационные колебания возникают потому, что прецессионные силы Солнца и Луны (силы F 1 и F 2) непрерывно меняют свою величину и направление; они равны нулю, когда Солнце и Луна находятся в плоскости экватора Земли и достигают максимума при наибольшем удалении от него этих светил.

В результате прецессии и нутации земной оси полюсы мира в действительности описывают на небе сложные волнистые линии.

Притяжение планет слишком мало, чтобы вызвать изменения в положении оси вращения Земли, но оно действует на движение Земли вокруг Солнца, изменяя положение в пространстве плоскости земной орбиты, т.е. плоскости эклиптики. Эти изменения положения плоскости эклиптики называются планетной прецессией , которая смещает точку весеннего равноденствия к востоку на 0”, 114 в год.