Что такое прецессия?

Несферичность формы нашей планеты, подверженной влиянию притяжения Луны и Солнца, приводит к изменению направления оси Земли при ее вращении и, как следствие, к изменению местоположения полюсов мира относительно звезд. Для земного наблюдения это значит, что со временем полюсы мира будут указывать на другие звезды и созвездия.

Прецессию обнаружил величайший греческий ученый Гиппарх В 134 г. до н. э. он наблюдал появление новой звезды в созвездии Скорпиона. Это удивительное событие вдохновило его составить каталог звездного неба, включавший около 850 звезд. Для каждой звезды он измерил ее широту - угловое расстояние от эклиптики и долготу - угловое расстояние от точки весеннего равноденствия. Свои измерения он сравнил с наблюдениями, которые провели в Александрии Тимохарис и Аристилл за полтора века до этого.

Оказалось, что широты звезд остались прежними, а вот долготы изменились. Значит, эклиптика сохранила свое положение на фоне звезд, а вот точка равноденствия, где эклиптику пересекает небесный экватор, передвинулась вправо. Отсюда Гиппарх заключил, что небесный экватор медленно поворачивается так, что точки его пересечения с эклиптикой движутся навстречу годичному движению Солнца.

Точка весеннего равноденствия медленно движется по эклиптике навстречу Солнцу, и оно ежегодно возвращается к этой точке раньше, чем завершает полностью свой путь по эклиптике относительно звезд. Происходит предварение равноденствия, или прецессия (от лат. рrаесеsio — предшествование, предварение).

По современным измерениям, под влиянием прецессии точка весеннего равноденствия ϒ смещается с востока на запад примерно на 50,2” в год, совершая полный оборот за 25 771 лет, т. е. почти за 26 тыс. лет.

Причину прецессии объяснил Исаак Ньютон тем, что Земля не является идеальным шаром, поэтому Луна и Солнце, притягивая экваториальные выступы сплюснутой Земли, стремятся повернуть ось ее вращения.

Вспомним, что происходит с обыкновенной игрушкой — вращающимся волчком. Если его ось не строго перпендикулярна к подставке, то она описывает конусообразную поверхность вокруг вертикальной линии.

Подобное происходит с Землей. Если бы она была идеальным по форме шаром, с ее осью вращения ничего не происходило бы. Однако Земля сжата у полюсов и вздута в экваториальной зоне. Луна и Солнце, когда они не находятся в плоскости экватора, своим притяжением воздействуют на экваториальную выпуклость Земли.

Та часть выпуклости, которая оказывается ближе, скажем, к Луне, испытывает большее притяжение, чем противоположная выпуклость на другой стороне Земли. Разница притяжений создает пару сил, стремящуюся повернуть ось вращения Земли так, чтобы она стала перпендикулярной к орбитальной плоскости.

По законам механики, это приводит к тому, что земная ось медленно меняет свое направление, описывая в пространстве конус с вершиной в центре Земли с периодом 26 тыс. лет. Ось этого конуса остается перпендикулярной к плоскости орбиты Земли (т. е. к плоскости эклиптики).

Для наблюдателя, находящегося в Северном полушарии, прецессионное движение земной оси совершается по часовой стрелке, а на небесной сфере, наоборот, полюс мира будет двигаться против часовой стрелки. Напомним, на небесную сферу мы смотрим изнутри, поэтому вращение полюса мира обратное.

В целом прецессионное движение не изменяет наклона земной оси к плоскости орбиты. Этот наклон составляет 66,5° (точнее, 66°34'), а с перпендикуляром к плоскости орбитальной— 23,5° (точнее, 23°26'). Так что, когда мы говорим, что земная ось не меняет своего направления в пространстве, так как перемещается параллельно самой себе, это не совсем так.

Как уже отмечалось, прецессионное движение земной оси вызывается Луной и Солнцем. Но солнечное воздействие в два раза слабее лунного. Из общей суммы 50,2'' в год 16 " приходится на действие Солнца и 34,2 " — на Луну. Прецессионное воздействие Солнца и Луны меняется по величине. Оно достигает наибольшего значения, когда склонения Солнца и Луны наибольшие по абсолютному значению, например, когда они вблизи точек летнего или зимнего солнцестояний. Когда же оба светила находятся в плоскости экватора и их склонение δ = 0°, то прецессионные силы обращаются в нуль.

Рис. Движение Северного полюса по небу

Под влиянием прецессии Северный полюс мира кружится по шести созвездиям: Малой Медведице. Цефею. Лебедю, Лире, Геркулесу и Дракону. Этот цикл продолжается 257 веков. Прошлый раз, когда полюс мира был возле Полярной звезды - Малой Медведицы, люди жили еще в середине каменного века. Неандертальцы уже вымерли и появились кроманьонцы. Какими же будут люди в следующий раз, через 257 веков?

Но Солнце меняет склонение с положительного на отрицательное в течение года, а Луна — в течение месяца. Из-за этого возникают периодические мелкие колебания земной оси, которые называются нутацией (лат. nutatio — качание, колебание). Наибольшее из них имеет период 18,67 года, т. е. равно периоду обращения узлов лунной орбиты. Из-за нутации полюсы мира (Северный и Южный) на небесной сфере тоже описывают маленькие эллипсы, их большие оси равны всего 18,42 " (угловых секунд), а малые — 13,72”.

Вследствие прецессии Северный полюс мира перемещается относительно звезд, описывая окружность вокруг Северного полюса эклиптики на расстоянии около 23,5°. Южный полюс мира то же самое движение совершает вокруг Южного полюса эклиптики, который лежит рядом со звездой δ Золотой Рыбы.

Но описываемые полюсами мира малые круги не замыкаются, потому что полюса эклиптики тоже немного перемещаются среди звезд.