Что такое прецессия?
Прецессия определяется, как медленное изменение направления оси вращения Земли. Его не следует путать с двумя родственными терминами: эксцентриситетом и наклоном. Эксцентриситет относится к циклическим изменениям формы орбиты Земли от более эллиптической к более круглой. Наклон относится к изменениям наклона Земли, который варьируется от 22,1 до 24,5 градусов при вращении Земли вокруг своей оси. Но прецессия больше похожа на «колебание» планеты, точно так же, как волчок иногда раскачивается во время своего вращения.
Прецессия вращающегося гироскопа.
Отвечая на вопрос: «Что такое прецессия?» на самом деле нужны разные ответы. На Землю влияют два разных типа прецессии: осевая прецессия и апсидальная прецессия. Осевая прецессия вызвана гравитационным влиянием Солнца и Луны, которое заставляет Землю выпячиваться вблизи экватора, тем самым влияя на ее вращение. Апсидальная прецессия обсуждается реже, но ее можно рассматривать, как колебание всего орбитального эллипса Земли, в основном из-за гравитационного притяжения Юпитера и, в меньшей степени, Сатурна.
Впечатляет то, что первые астрономические сочинения, в которых упоминается прецессия, принадлежат древнегреческому астроному Гиппарху, жившему около 127 г. до н.э. Гиппарх отметил, что прецессия равноденствий составляет примерно 1 градус за столетие, что очень близко к фактическому значению. Несколько столетий спустя китайский ученый Юй Си сделал аналогичное открытие около 336 года нашей эры. Он отметил, что положение Солнца во время зимнего солнцестояния сместилось примерно на 1 градус относительно положения звезд за пятидесятилетний период с момента его первоначальных наблюдений. Этот эффект в конечном итоге стал известен как «прецессия равноденствий» из-за незначительного сдвига времени весеннего и осеннего равноденствия. Равноденствия отмечают точку, где плоскость земной орбиты (эклиптический экватор) совпадает с плоскостью вращения Земли (небесный экватор). Лишь намного позже астрономы смогли объяснить причины прецессии равноденствий.
Прецессионный процесс
Любое базовое описание движения Земли должно включать два разных понятия: вращение и революцию. Вращение означает ежедневное вращение Земли вокруг своей оси, которая наклонена примерно на 23,5 градуса. Это вращение происходит быстро, примерно каждые 24 часа, и является причиной нашего ежедневного цикла ночи и дня. Революция, с другой стороны, относится к орбите Земли вокруг Солнца. Эта революция занимает гораздо больше времени, примерно 365,25 дней. Это причина нашего календарного года, а в сочетании с наклоном Земли это также причина нашего годового цикла времен года на большей части планеты.
Диаграмма, описывающая прецессию планеты Земля.
Но концепция прецессии объясняет вариации вышеупомянутых циклов. Когда Земля вращается, она колеблется вокруг своей оси из-за гравитационного притяжения Солнца и Луны. Это колебание меняется циклически, совершая один цикл каждые 25 771,5 года. Революция Земли тоже колеблется. Это колебание происходит главным образом из-за гравитационного притяжения Юпитера и Сатурна, у которых, конечно, есть свои орбиты, постоянно меняющие свое положение. Прецессия орбиты Земли совершает один цикл каждые 112 000 лет.
Что вызывает прецессию?
В совокупности движение Земли гораздо сложнее, чем принято считать. Форма, вращение и обращение Земли находятся в постоянном изменении, поскольку гравитационные воздействия других планет, звезд и Луны тянут планету в разных направлениях. Именно эти гравитационные тяги и вызывают прецессию. Осевая прецессия в основном вызвана гравитацией Солнца и Луны. Это самые крупные и ближайшие астрономические тела соответственно, а значит, они оказывают наибольшее гравитационное влияние. Но прецессия апсид вызвана дополнительной гравитацией Юпитера и Сатурна. В зависимости от того, где они находятся на своих орбитах, Юпитер и Сатурн могут тянуть Землю в одинаковых или противоположных направлениях, слегка меняя динамику орбиты Земли во время ее долгого путешествия вокруг Солнца.
Последствия прецессии
Последствия прецессии можно увидеть, представив Землю в виде волчка, слегка покачивающегося при движении вокруг Солнца. Если бы наблюдатель стоял на этом волчке, как мы стоим на Земле, тогда эффекты стали бы очевидными. Во-первых, это повлияет на фоновое положение звезд. Даже в постоянную дату, например, во время зимнего солнцестояния, фоновое положение звезд менялось, как это наблюдал Юй Си много веков назад. Во-вторых, небесные полюса будут перемещаться, а это означает, что любая «северная звезда» или «южная звезда», звезды, расположенные непосредственно над полюсами Земли, будут занимать это место только на короткое время. Небесный экватор также немного сместится, корректируя положение других звезд и созвездий.
Но, пожалуй, самый глубокий эффект прецессии связан со временами года. В настоящее время Земля находится ближе всего к Солнцу в северную зиму и дальше всего от Солнца в северное лето. Это делает сезонные изменения менее резкими на севере, но более резкими на юге. Однако по мере продолжения цикла осевой прецессии ситуация изменится. Примерно через 13 000 лет Земля будет ближе всего к Солнцу летом в северном полушарии и дальше всего от Солнца зимой в северном полушарии, что сделает времена года в северном полушарии более экстремальными.
Эффекты будут незначительными, но в сочетании с циклами эксцентриситета и наклона последствия могут быть радикальными. Фактически, ученые называют эти изменения циклами Миланковича, названными в честь сербского астронома Милютина Миланковича. Эти циклы помогают объяснить некоторые исторические изменения климата на планете Земля, включая теплые периоды и даже ледниковые периоды.
Итог урока
Прецессия определяется как медленное изменение направления оси вращения Земли. Прецессия сродни «колебанию» планеты, точно так же, как волчок иногда раскачивается во время своего вращения. На планету Земля влияют два разных типа прецессии: осевая прецессия и апсидальная прецессия. Осевая прецессия вызвана гравитационным влиянием Солнца и Луны, которое заставляет Землю выпячиваться вблизи экватора, тем самым влияя на ее вращение. Этот эффект в конечном итоге стал известен как «прецессия равноденствий» из-за незначительного сдвига времени весеннего и осеннего равноденствия (точек, когда небесный экватор встречается с эклиптикой). Апсидальная прецессия относится к колебанию всего орбитального эллипса Земли, в основном из-за гравитационного притяжения Юпитера и, в меньшей степени, Сатурна.
Последствия прецессии включают движение звезд, наблюдаемое с Земли, а также смещение небесных полюсов и небесного экватора. Но, пожалуй, самый глубокий эффект прецессии связан со временами года. В настоящее время Земля находится ближе всего к Солнцу в северную зиму и дальше всего от Солнца в северное лето. Это делает сезонные изменения менее резкими на севере, но более резкими на юге. Однако по мере продолжения цикла осевой прецессии ситуация изменится. Примерно через 13 000 лет (половина 26 000-летнего цикла) Земля будет ближе всего к Солнцу в северное лето и дальше всего от Солнца в северную зиму, что сделает времена года в северном полушарии более экстремальными.
Часто задаваемые вопросы
Что вызывает прецессию на Земле?
Прецессия – это медленное изменение оси вращения Земли. Это вызвано гравитационными силами, действующими на Землю, главным образом Солнцем, Луной и Юпитером.
Что такое прецессия и каковы ее последствия?
Прецессия — это циклическое изменение оси вращения Земли, составляющее примерно 1° каждые 72 года. Одним из основных последствий прецессии является то, что в разные моменты цикла времена года в северном или южном полушарии будут более или менее экстремальными. Другими словами, прецессия либо увеличивает, либо уменьшает величину наклона Земли.
