Астрономическая нутация

Астрономическая нутация - это явление, которое вызывает изменение ориентации оси вращения вращающегося астрономического объекта со временем. Это вызвано гравитационными силами других близлежащих тел, действующих на вращающийся объект. Хотя они вызваны одним и тем же эффектом, действующим в разных временных масштабах, астрономы обычно проводят различие между прецессией , которая представляет собой устойчивое долгосрочное изменение оси вращения, и нутацией , которая представляет собой комбинированный эффект аналогичных краткосрочных изменений. ^[1]

Пример прецессии и нутации является изменением во время ориентации оси вращения на Земле . Это важно, потому что наиболее часто используемой системой отсчета для измерения положения астрономических объектов является экватор Земли - так называемая экваториальная система координат . Эффект прецессии и нутации заставляет саму систему отсчета изменяться с течением времени относительно произвольной фиксированной системы отсчета.

Нутация - это одна из поправок, которая должна применяться для определения видимого места астрономического объекта. При вычислении положения объекта оно первоначально выражается относительно среднего равноденствия и экватора, определяемого ориентацией оси Земли в указанную дату с учетом долгосрочного эффекта прецессии, но не краткосрочного. эффекты нутации. Затем необходимо применить дополнительную поправку, чтобы учесть эффект нутации, после чего будет получено положение относительно истинного равноденствия и экватора .

Поскольку динамические движения планет так хорошо известны, их нутации можно вычислить с точностью до угловых секунд на протяжении многих десятилетий. Существует еще одно нарушение вращения Земли, называемое полярным движением, которое можно оценить только на несколько месяцев в будущем, потому что на него влияют быстро и непредсказуемо меняющиеся вещи, такие как океанические течения , ветровые системы и предполагаемые движения в жидком никель-железе. внешнее ядро Земли .

Нутация Земли [ править ]

Было предложено разделить этот раздел на другую статью под названием «Нутация Земли» . ( Обсудить ) (октябрь 2020)

Прецессия и нутация вызываются главным образом гравитационными силами Луны и Солнца, действующими на несферическую фигуру Земли . Прецессия - это эффект этих сил, усредненных за очень длительный период времени, и изменяющийся во времени момент инерции (если объект асимметричен относительно своей главной оси вращения, момент инерции по отношению к каждому направлению координат будет изменяться в зависимости от время, сохраняя при этом угловой момент) и имеет временную шкалу около 26000 лет. Нутация происходит потому, что силы непостоянны и меняются по мере вращения Земли.вокруг Солнца, а Луна вращается вокруг Земли. По сути, есть также вращающие моменты от других планет, которые вызывают планетарную прецессию, которая составляет около 2% от общей прецессии. Из-за периодических изменений вращающих моментов от солнца и луны возникает колебание (нутация). Вы можете думать о прецессии как о среднем, а нутации как о мгновенном.

Наибольший вклад в нутацию вносит наклон орбиты Луны вокруг Земли чуть более 5 ° к плоскости эклиптики . Ориентация этой орбитальной плоскости меняется в течение примерно 18,6 лет. Из - за экватор Земли сама наклонены под углом около 23,4 ° к эклиптике (далее наклонение эклиптики , ), эти эффекты объединяются , чтобы варьировать угол наклона орбиты Луны к экватору в пределах от 18,4 ° и 28,6 ° над 18,6 годовой период. Это приводит к тому, что ориентация земной оси меняется в течение одного и того же периода, при этом истинное положение небесных полюсов описывает небольшой эллипс вокруг их среднего положения. Максимальный радиус ${\ displaystyle \ epsilon}$ этого эллипса - постоянная нутации , приблизительно 9,2 угловых секунды.

Меньшие эффекты также способствуют нутации. Они вызваны ежемесячным движением Луны вокруг Земли и эксцентриситетом ее орбиты , а также аналогичными условиями, вызванными годовым движением Земли вокруг Солнца.

Влияние на положение астрономических объектов [ править ]

Поскольку нутация вызывает изменение системы отсчета, а не изменение положения самого наблюдаемого объекта, она одинаково применяется ко всем объектам. Его величина в любой момент времени обычно выражается в эклиптических координатах , как нутация по долготе ( ) и нутация по наклону ( ). Самый большой член в нутации выражается численно (в угловых секундах) следующим образом: ${\ displaystyle \ Delta \ psi}$ ${\ displaystyle \ Delta \ epsilon}$

{\ Displaystyle \ Delta \ psi = -17,2 \ sin \ Omega}

{\ displaystyle \ Delta \ epsilon = 9.2 \ cos \ Omega}

где - эклиптическая долгота восходящего узла орбиты Луны. Для справки, сумма абсолютных значений всех оставшихся членов составляет 1,4 угловой секунды для долготы и 0,9 угловой секунды для угла наклона. ^[2] ${\ displaystyle \ Omega}$

Затем сферическая тригонометрия может использоваться на любом заданном объекте для преобразования этих величин в корректировку прямого восхождения ( ) и склонения ( ) объекта. Для объектов, которые не находятся близко к небесному полюсу, нутация в прямом восхождении ( ) и склонении ( ) может рассчитывается приблизительно следующим образом: ^[3] ${\ displaystyle \ alpha}$ ${\ displaystyle \ delta}$ ${\ displaystyle \ Delta \ alpha}$ ${\ displaystyle \ Delta \ delta}$

\Delta \alpha =(\cos \epsilon +\sin \epsilon \sin \alpha \tan \delta )\Delta \psi -\cos \alpha \tan \delta \Delta \epsilon

\Delta \delta =\cos \alpha \sin \epsilon \Delta \psi +\sin \alpha \Delta \epsilon

История [ править ]

Нутация была открыта Джеймсом Брэдли в результате серии наблюдений за звездами, проведенных между 1727 и 1747 годами. Эти наблюдения были первоначально предназначены для окончательной демонстрации существования ежегодной аберрации света - явления, которое Брэдли неожиданно открыл в 1725–1776 годах. Однако были некоторые остаточные расхождения в положениях звезд, которые не объяснялись аберрациями, и Брэдли подозревал, что они были вызваны нутацией, имевшей место в течение 18,6-летнего периода обращения узлов лунной орбиты . Это было подтверждено его 20-летней серией наблюдений, в ходе которых он обнаружил, что небесный полюс перемещается по слегка сплющенному эллипсу, равному 18 на 16 угловых секунд относительно своего среднего положения. ^[4]

Хотя наблюдения Брэдли доказали существование нутации, и он интуитивно понял, что это было вызвано действием Луны на вращающуюся Землю, более детальное теоретическое объяснение этого явления было предоставлено более поздним математикам, Даламберу и Эйлеру. . ^[5]

См. Также [ править ]

Аберрация света
Полярное движение

Ссылки [ править ]

^ Зайдельманн, П. Кеннет, изд. (1992). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху . Книги университетских наук. стр. 99 -120. ISBN 0-935702-68-7.
^ «Неопрограммика - научные вычисления» .
^ Ньюкомб, Саймон (1906). Компендиум сферической астрономии . Макмиллан. стр. 289 -292.
^ Берри, Артур (1898). Краткая история астрономии . Джон Мюррей. стр. 265 -269.
^ Роберт Э. Брэдли. «Кивающая сфера и птичий клюв: спор Д'Аламбера с Эйлером» . Электронная библиотека математических наук МАА . Математическая ассоциация Америки . Проверено 21 апреля 2014 года .

[ESAA1992-1] Зайдельманн, П. Кеннет, изд. (1992). Пояснительное приложение к астрономическому альманаху . Книги университетских наук. стр. 99 -120. ISBN 0-935702-68-7.

[2] «Неопрограммика - научные вычисления» .

[3] Ньюкомб, Саймон (1906). Компендиум сферической астрономии . Макмиллан. стр. 289 -292.

[4] Берри, Артур (1898). Краткая история астрономии . Джон Мюррей. стр. 265 -269.

[5] Роберт Э. Брэдли. «Кивающая сфера и птичий клюв: спор Д'Аламбера с Эйлером» . Электронная библиотека математических наук МАА . Математическая ассоциация Америки . Проверено 21 апреля 2014 года .

[1]