Движения Земли за большой промежуток времени

© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Прецессия

Кроме вращения и обращения, Земля совершает множество других перемещений, которые происходят в течение более длительного времени. Самое заметное из них - прецессия. Прецессия была открыта Гиппархом во II веке до н.э. Она представляет собой очень медленное движение земной оси вращения, которая для поддержания постоянного наклона по отношению к плоскости эклиптики меняет свое направление в космосе, описывая при этом коническую поверхность. Причиной прецессии является гравитация, которую Солнце и Луна совместно оказывают на земной экватор. И действительно, наша планета не имеет идеальной сферической формы, она слегка приплюснута с полюсо́в. Поэтому Солнце и Луна, которые не лежат на плоскости небесного экватора, стремятся выровнять на своих орбитальных плоскостях земное экваториальное вздутие. А Земля, вращаясь вокруг своей оси, подвергается этому двойному гравитационному воздействию. Сумма этих сил такова, что ось земного вращения, которая перпендикулярна экваториальной плоскости, движется в космосе, как ось у детской юлы́. Ось вращения Земли, меняя во времени свое положение относительно Земли, Луны и Солнца, описывает двойную коническую поверхность, вершиной которой является центр Земли. Приблизительно раз в 26000 лет ось возвращается в свое первоначальное положение в космосе. Последствия этого движения проявляются не сразу, однако для астрономии они очень важны.

Из-за прецессии небесный Северный полюс смещается среди созвездий, описывая замкнутую окружность приблизительно за 26000 лет

И действительно, из-за прецессии происходит медленное смещение на небесной сфере основных астрономических точек отсчета: полюсо́в, точек равноденствия и солнцестояния. Поэтому Полярная звезда, по которой сегодня мы можем определить положение небесного Северного полюса, в будущем утратит эту функцию. Северный полюс и впрямь описывает на небосводе окружность и, например, в 14000 году н.э. он будет находиться рядом со звездой Вега созвездия Лира. Кроме того, так как ось вращения перпендикулярна небесному экватору, смещение направления оси приводит к смещению в космосе плоскости экватора, но он тем не менее составляет тот же угол склонения по отношению к эклиптике.

Последствия прецессии

Точка весеннего равноденствия, определяемая пересечением небесного экватора с эклиптикой, как уже говорилось, медленно смещается вследствие прецессии равноденствия. Изменение положения точки весеннего равноденствия имеет два последствия, одно из которых связано с небесными координатами, другое - с зодиака́льными созвездиями. И действительно, ведь точка весеннего равноденствия является точкой отсчёта прямого восхождения светил в экваториальной системе координат. Её перемещение по небесной сфере связано с тем, что координаты постоянно корректируются (прямое восхождение светила постоянно увеличивается), а именно - с международной договорённостью о координатах небесных тел на фиксированную дату, например 1950 или 2000 год. Когда в античные времена определяли положение объектов на небесной сфере, точка весеннего равноденствия находилась в созвездии О́вна. Сегодня же из-за прецессии точка весеннего равноденствия находится не в О́вне, а в созвездии Рыб. Аналогично не существует более соответствия между определенными в античные времена 12 зодиака́льными знаками и соответствующими созвездиями. Если мы, например, говорим о знаке Рыб, не надо думать, что между 21 февраля и 21 марта Солнце действительно находится в созвездии Рыб. Так было давно. А сегодня - нет, потому что из-за видимой с Земли прецессии Солнца этот период времени примерно приходится на пребывание Солнца в созвездии Водолея.

Нута́ции

Прецессия земной оси происходит из-за гравитационного воздействия на Землю Солнца и Луны (так называемая лунно-солнечная прецессия). Следует учитывать, что сила притяжения этих двух небесных тел находится в тесной зависимости от их удалённости от Земли. Этот факт оказывает влияние на коническое движение, при этом нельзя упускать из вида и небольшие колебания, так называемую нута́цию.

Нутации оси вращения

На коническое прецессионное движение, которое способствует перемещению полюса эклиптики (P), накладывается колебательное движение - нута́ция (N). В результате края́ конуса становятся «волнистыми». При нута́ции полюс мира описывает среди звёзд волнообра́зную кривую. Нута́ции имеют период 18,6 лет, их максимальная амплитуда (максимальный угол) составляет около 9 угловых секунд.

Полюса тоже двигаются

Кривые линии, представленные на рисунке, представляют передвижение Северного полюса Земли в течение нескольких лет. Это «путь полюса».

Движения Земли продолжительностью в тысячелетия

Не считая описанных, Земля медленно, на протяжении тысячелетий совершает и другие перемещения. Например, из-за притяжения других тел Солнечной системы с периодичностью примерно 92 тысячи лет меняется сама форма земной орбиты, которая становится то более, то менее вытянутой.

Со временем меняется и угол наклона земной оси́. Совсем чуть-чуть, и колеблется он от 21°55" до 24°20" с периодичностью приблизительно 41 тысячу лет. Сегодня, как говорилось выше, этот угол составляет 23°27" .

Прецессии, изменение эксцентрисите́та орбиты и угла наклона земной оси влияют на климат и смену времён года, потому что изменяется освещенность земных полушарий. Между прочим, весьма вероятно, что с этими незначительными смещениями связаны ледниковые периоды, потряса́вшие когда-то нашу планету. Но в любом случае количество солнечной энергии, достигающее земной поверхности, остается примерно одинаковым; меняется только её распределение.

Уважаемые посетители!

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).

У человечества за плечами почти четыре миллиона лет, и за это время мы достигли понимания движения тектонических плит, научились предсказывать погоду и освоили космическое пространство. Но наша планета таит в себе еще немало тайн и загадок. Одна из них, с которой связывают глобальное и теорию катастроф, это прецессия оси планеты.

Исторический очерк

Движение точек равноденствия на фоне звезд заметил в III веке до нашей эры Но первым описал увеличение долготы звезд и различия между звездным и фактическим годом древнегреческий астроном Гиппарх во II веке до нашей эры. И это при том, что в тот период считали, что все звезды закреплены на неподвижной сфере, а движение небосвода - это движение этой сферы вокруг собственной оси. После были работы Птолемея, Теона Александрийского, Сабит ибн Курра, Николая Коперника, Тихо Браге и многих других. Причину объяснил и описал Исаак Ньютон в своих «Началах» (1686). А формулу прецессии показал американский астроном Саймон Ньюком (1896). Именно его формула, уточненная в 1976 году Международным астрономическим союзом, описывает скорость прецессии в зависимости с временной привязкой.

Физика явления

В элементарной физике прецессия - это изменение момента импульса тела при изменении его направления движения в пространстве. Наблюдают этот процесс на примере волчка и его замедления. Первоначально вертикальная ось волчка при его замедлении начинает описывать конус - это и есть прецессия оси волчка. Главное физическое свойство прецессии - безинерционность. Это значит, что при прекращении действия силы, вызывающей прецессию, тело займет неподвижное положение. В отношении небесных тел - такой силой является гравитация. И так как она действует постоянно, то и движение, и прецессирование планет не прекратится никогда.

Движение нашей неподвижной планеты

Каждому известно, что планета Земля вращается вокруг Солнца, совершает вращение по своей оси и меняет направление этой оси. Но это не все. Астрономия различает тринадцать видов движения нашего дома. Перечислим их вкратце:

• Вращение вокруг собственной оси (смена дня и ночи).
• Вращение вокруг Солнца (смена времен года).
• «Хождение вперед» или предварение равноденствий - это прецессия.
• Покачивание земной оси - нутация.
• Изменение оси Земли к плоскости ее орбиты (наклон эклиптики).
• Изменение эллипса земной орбиты (эксцентриситета).
• Изменения перигелия (расстояние от наиболее отдаленной от солнца точки орбиты).
• Параллактические неравенства Солнца (ежемесячные изменения расстояния между нашей планетой и светилом).
• В момент парада планет (планеты расположены с одной стороны от Солнца) центр масс нашей системы выходит за границы солнечного шара.
• Отклонения Земли (возмущения и пертурбации) под действием притяжения других планет.
• Поступательное движение всей Солнечной системы к Веге.
• Движение системы вокруг ядра Млечного пути.
• Движение галактики Млечный путь вокруг центра скопления таких же галактик.

Все это сложно, но математически доказано. Мы остановимся на третьем движении нашей планеты - прецессии.

Это юла?

Вечной весны не будет

Прецессия - это предварение равноденствий, что означает смещение точек осеннего и весеннего равноденствия. Другими словами, весна на планете с каждым годом наступает раньше (на 20 минут и 24 секунды), а осень позже. К календарю это не имеет отношения - наш григорианский календарь учитывает длину (от равноденствия до равноденствия). Поэтому по факту уже включен в наш календарь эффект прецессии. Это смещение периодично, и его период, как уже было сказано ранее, составляет 25776 лет.

Когда наступит новый Ледниковый период?

Изменение направления оси Земли каждые примерно 26 тысяч лет (прецессия) - это изменение северного ее направления. Сегодня точка Северного полюса указывает на Полярную звезду, через 13 тысяч лет она укажет на Вегу. А через 50 тысяч лет планета пройдет два цикла прецессии и вернется в нынешнее состояние. Когда планета расположена «прямо» - количество получаемой солнечной энергии минимально и наступает ледниковый период - большую часть суши покрывает лед и снег. История планеты показывает, что ледниковый период длится порядка 100 тысяч лет, а межледниковый - 10 тысяч. Сегодня мы переживаем такое межледниковое время, а вот через 50 тысяч лет ледовая кора покроет планету до границ ниже Нью-Йорка.

Не только прецессия виновата

По данным Национального аэрокосмического агентства НАСА, географический Северный полюс планеты с 2000 года начал активно смещаться на восток. За 115 лет изучения климата на планете он отклонился на 12 метров. До 2000 года полюс со скоростью несколько сантиметров в год двигался в направлении Канады. Но после указанной даты он изменил и направление, и скорость. Сегодня он со скоростью до 17 сантиметров в год движется в сторону Британии. Причинами данного явления называют таяние Гренландских ледников, увеличение массы льда на востоке Антарктиды, засухи в бассейне Каспия и Индостана. А за этими явлениями стоит антропогенный фактор воздействия на Землю.

Почему зимы неодинаковые?

Кроме того, что наша планета прецессирует, она еще и совершает колебания при данном процессе. Это нутация - быстрые относительно прецессионного периода «покачивания полюсов». Именно она меняет погоду - то зима холоднее, то лето суше и жарче. В годы особенно сильной нутации ожидаются более суровые погодные условия.

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.

Который соответствует интервалу от равноденствия до равноденствия. Поэтому эффект предварения равноденствий фактически включён в действующий календарь .

Причины

Основная причина предварения равноденствий - прецессия , периодическое изменение направления земной оси под влиянием притяжения Луны , а также (в меньшей степени) Солнца . Как указал Ньютон в своих «Началах» , сплюснутость Земли вдоль оси вращения приводит к тому, что гравитационное притяжение тел солнечной системы вызывает прецессию земной оси ; позже выяснилось, что к аналогичным последствиям приводит неоднородность плотности распределения масс внутри Земли. Величина прецессии пропорциональна массе возмущающего тела и обратно пропорциональна кубу расстояния до него; чем быстрее вращается прецессирующее тело, тем меньше скорость его прецессии .

В результате прецессии земная ось описывает в пространстве конус. Поворот земной оси смещает и связанную с Землёй экваториальную систему небесных координат относительно удалённых, практически неподвижных на небесной сфере звёзд. На небесной сфере ось описывает окружность так называемого малого круга небесной сферы с центром в северном полюсе эклиптики для северного полушария и в южном полюсе эклиптики - для южного полушария , с угловым радиусом примерно 23,5 градуса . Полный оборот по этой окружности происходит с периодом (по современным данным), составляющим примерно 25 800 лет . В течение года скорость земной прецессии, вызванной данным небесным телом, меняется - например, для Солнца она максимальна в дни солнцестояния , а в дни равноденствия равна нулю .

Существуют и другие причины смещения земной оси, в первую очередь - нутация , периодическое, быстрое относительно периода прецессии, «покачивание полюсов». Период нутации земной оси равен 18,61 года, и её средняя амплитуда составляет около 17" (угловых секунд). При этом на угол наклона земной оси к плоскости эклиптики прецессия (в отличие от нутации) не влияет .

Кроме Луны и Солнца, прецессионное смещение вызывают и другие планеты (в основном из-за уменьшения наклона плоскости эклиптики к экватору), но оно невелико, в сумме примерно 12 угловых секунд в столетие и направлено противоположно лунно-солнечной прецессии . Имеются и другие факторы, возмущающие направление земной оси - апериодическое «блуждание полюсов », изменения океанических течений, движение атмосферных масс, сильные землетрясения, изменяющие форму геоида и т. п., однако их вклад в смещение земной оси по сравнению с прецессией и нутацией ничтожен .

Аналогичные явления происходят на других планетах и их спутниках. Например, ось Юпитера под влиянием его многочисленных спутников и Солнца смещается на −3,269 секунды дуги в год (в начале XX века предполагалось, что угловая скорость прецессии юпитерианской оси составляет примерно полградуса за юпитерианский год, или примерно в 50 раз больше настоящего значения ). Ось Марса прецессирует с угловой скоростью −7,6061(35) секунды дуги в год . Существует и лунная прецессия двух типов - орбитальная прецессия с периодом 8,85 года и прецессия узлов с периодом 18,6 года .

Последствия

Поворот оси нашей планеты имеет разнообразные последствия. Направление прецессионного смещения противоположно направлению осевого вращения Земли, поэтому прецессия сокращает продолжительность тропического года , измеряемого от равноденствия до равноденствия. Другими словами, тропический год становится на 20 минут короче звёздного . Поскольку долготы звёзд отсчитываются от точки равноденствия, все они постепенно увеличиваются (на 50,26" ежегодно) - именно этот эффект и привёл к открытию данного явления .

В ходе прецессии вид звёздного неба, видимый в тех или иных широтах, меняется, так как меняются склонения тех или иных созвездий, и даже время года их наблюдения. Некоторые созвездия, видимые сейчас в средних широтах северного полушария Земли (например, Орион и Большой Пёс), постепенно опускаются под горизонт и через несколько тысяч лет будут почти недоступны для этих широт, зато на северном небе появятся созвездия Центавр , Южный Крест и ряд других. Конечно, не все созвездия южного полушария будут доступны в результате прецессии - выше всех поднимется современное «летнее» небо, меньше - «осеннее» и «весеннее», зимнее небо, наоборот, опустится, так как в настоящее время оно максимально «поднято» .

Схожие процессы будут и в Южном полушарии. Многие созвездия Северного полушария, которые в настоящее время не показываются в Южном, станут там видны, причём выше всего поднимется современное «зимнее» небо, которое видно из Южного полушария как летнее. Например, спустя 6 тысяч лет будет доступно из средних широт Южного полушария для наблюдения созвездие Большая Медведица , а 6 тысяч лет назад там была видна Кассиопея .

Полюс мира сейчас почти совпадает с Полярной звездой . Во времена строительства Великих пирамид в древнем Египте (около 4700 лет назад) он находился вблизи звезды Тубан (α Дракона). После 2103 года полюс начнёт удаляться от Полярной звезды и в V тысячелетии перейдёт в созвездие Цефея , а через 12 000 лет роль «полярной звезды» станет играть Вега . Античные астрономы видели точку весеннего равноденствия в созвездии Овна , а точку осеннего равноденствия - в созвездии Весов , поэтому обе точки до сих пор принято обозначать символами этих созвездий, хотя они переместилась в созвездие Рыб и созвездие Девы соответственно .

Исторический очерк

На основании некоторых косвенных данных предполагают, что различие между звёздным и тропическим годом (простым логическим следствием чего является движение точек равноденствия на фоне звёзд) впервые установил в III веке до н. э. Аристарх Самосский . Разность между звёздным и тропическим годом, вычисленная на основании этих данных, соответствует скорости прецессии 1° за 100 лет, или 36" в год (по современным данным, 1° за 71,6 года).

Исходя из наблюдений звёзд, предварение равноденствий было открыто выдающимся древнегреческим астрономом Гиппархом во II веке до н. э. В его распоряжении были результаты наблюдений греческого астронома III века до н. э. Тимохариса , из которых Гиппарх обнаружил, что все долготы звёзд увеличиваются примерно (по его оценке) на 1° каждые 100 лет. Во II веке н. э. существование прецессии подтвердил Клавдий Птолемей , причём скорость прецессии по его данным составляла всё те же 1° в 100 лет .

Большинство астрономов доптолемеева периода полагали, что все звёзды закреплены на одной сфере (сфере неподвижных звёзд), являющейся границей Вселенной. Видимое суточное вращение небосвода при этом считалось отражением вращения этой сферы вокруг своей оси - оси мира. Для объяснения прецессии Птолемей был вынужден ввести за пределами сферы неподвижных звёзд (на рисунке слева обозначена цифрой 1) ещё одну сферу, которая вращается с периодом в одни сутки вокруг оси мира (NS). К ней прикреплена сфера неподвижных звёзд 2, вращающаяся с периодом прецессии вокруг оси AD, перпендикулярной плоскости эклиптики. Таким образом, вращение сферы звёзд есть суперпозиция двух вращений, суточного и прецессионного. Наконец, внутрь этой сферы вложена ещё одна сфера 3, вращающаяся вокруг той же оси AD, но в противоположном направлении, что компенсирует прецессионное движение для всех внутренних сфер (но эта сфера по-прежнему принимает участие в суточном вращении) .

В V веке н.э. существование прецессии подверг сомнению знаменитый философ, математик и астроном Прокл Диадох , но её существование подтвердил его ученик Аммоний, сын Гермия .

Ведущий американский астроном Саймон Ньюком в 1896 году дал формулу прецессии, которая показывала и скорость изменения её величины :

См. также

Примечания

1. , Глава «Почему изменяется склонение звезд?».
2. , Глава «Как измерить прецессию?».
3. Прецессия .
4. , с. 183.
5. , Глава «Всегда ли Полярная останется Полярной».
6. , с. 354-355.
7. , с. 114-115.
8. Куликов К. А. Движение полюсов Земли. - Изд. 2-е. - М. : Изд-во АН СССР, 1962. - 87 с. - (Научно-популярная серия).
9. Le Maistre S., Folkner W.M., Jacobson R.A., Serra D. Jupiter spin-pole precession rate and moment of inertia from Juno radio-science observations // Planetary and Space Science. - 2016. - Vol. 126. - P. 78-92. -