Астрономическая нутация

редактировать

Astr ономическая нутация - это явление, которое вызывает изменение ориентации оси вращения вращающегося астрономического объекта во времени. 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 аналогичные краткосрочные изменения.

Примером прецессии и нутации является изменение во времени ориентации оси вращения Земли. Это важно, потому что наиболее часто используемой системой отсчета для измерения положений 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 получения видимого места астрономического объекта. При вычислении положения объекта оно изначально выражается относительно среднего равноденствия и экватора, определяемого ориентацией оси Земли в заданную 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 рассчитать с точностью до угловых секунд за периоды в многие десятилетия. Существует еще одно возмущение вращения Земли, называемое полярным движением, которое можно оценить только на несколько месяцев в будущем, поскольку на него влияют быстро и непредсказуемо меняющиеся явления, такие как океанские течения, системы ветра и предполагаемые движения жидкого никель-железо внешнего ядра Земли.

Содержание

1 Нутация Земли
- 1.1 Влияние на положение астрономических объектов
2 История
3 См. Также
4 Ссылки

Нутация Земли

Прецессия и нутация вызваны главным образом гравитационными силами Луны и Солнца воздействуя 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 координатному направлению будет меняться со временем, сохраняя при этом угловой момент) и имеет временную шкалу около 26000 лет. Нутация происходит потому, что силы непостоянны и меняются по мере того, как Земля вращается 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. Поскольку экватор Земли наклонен к эклиптике под углом примерно 23,4 ° (наклон эклиптики, $ϵ {\ displaystyle \ epsilon}$ $\ epsilon$ ), эти эффекты вместе, чтобы изменить наклон орбиты Луны к экватору на 18,4–28,6 ° за 18,6-летний 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 этого эллипса - постоянная нутации, приблизительно 9,2 угловых секунды.

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

Влияние на положение астрономических объектов

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

Δ ψ = - 17,2 sin ⁡ Ω {\ displaystyle \ Delta \ psi = -17,2 \ sin \ Omega}

{\ display style \ Delta \ psi = -17.2 \ sin \ Omega}

Δ ϵ = 9,2 cos ⁡ Ω {\ displaystyle \ Delta \ epsilon = 9.2 \ cos \ Omega}

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

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

Сферическая тригонометрия затем может использоваться на любом заданном объекте для преобразования этих величин в корректировку в прямом восхождении объекта ( $α {\ displaystyle \ alpha}$ $\ alpha$ ) и склонении ( $δ {\ displaystyle \ delta}$ $\ дельта$ ) Для объектов, находящихся не близко к полюсу неба, нутация по прямому восхождению ( $Δ α {\ displaystyle \ Delta \ alpha}$ ${\ displaystyle \ Delta \ alpha}$ ) и склонению ( $Δ δ { \ displaystyle \ Delta \ delta}$ ${\ displaystyle \ Delta \ delta}$ ) можно приблизительно рассчитать следующим образом:

Δ α = (cos ⁡ ϵ + sin ⁡ ϵ sin ⁡ α tan ⁡ δ) Δ ψ - cos ⁡ α tan ⁡ δ Δ ϵ {\ displaystyle \ Delta \ alpha = (\ cos \ epsilon + \ sin \ epsilon \ sin \ alpha \ tan \ delta) \ Delta \ psi - \ cos \ alpha \ tan \ delta \ Delta \ epsilon}

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

Δ δ знак равно соз ⁡ α грех ⁡ ϵ Δ ψ + грех ⁡ α Δ ϵ {\ displaystyle \ Delta \ delta = \ cos \ alpha \ sin \ epsilon \ Delta \ psi + \ sin \ alpha \ Delta \ epsilon}

{\ displaystyle \ Delta \ delta = \ cos \ alpha \ sin \ epsilon \ Delta \ psi + \ sin \ alpha \ Delta \ epsilon}

История

Нутация была открыта Джеймсом Брэдли в серии наблюдений за звездами, проведенных между 1727 и 1747 годами. Эти наблюдения изначально были предназначены для окончательной демонстрации существования ежегодных аберрация света, явление, 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 орбиты Луны. Это было подтверждено его 20-летней серией наблюдений, в которых он обнаружил, что небесный полюс перемещается по слегка сплющенному эллипсу со средней точкой 18 на 16 угловых секунд.

Хотя наблюдения Брэдли доказали существование нутации. и он интуитивно понимал, что это было вызвано действием Луны на вращающуюся Землю, более поздние математики, Даламбер и Эйлер, разработали более детальные теоретические разработки. объяснение явления.

См. также

Ссылки