Прецессия и нутация

Пятая сила

Плоскость земного экватора наклонена на 23,5 градуса к плоскости ее орбиты, в которой расположено Солнце и близ которой располагается Луна. Совместное приливное влияние Луны и Солнца на экваториальное вздутие Земли создает момент сил, который постепенно изменяет направление оси вращения планеты: эта ось в первом приближении описывает конус вокруг оси земной орбиты (то есть перпендикуляра к орбитальной плоскости Земли), возвращаясь к своему исходному положению через 25770 лет. Это движение называют прецессией земной оси. Поскольку основная астрономическая система координат связана с плоскостью земного экватора, астрономы давно заметили это движение: прецессию открыл древнегреческий ученый Гиппарх (180-110 годы до нашей эры).

Для астрономов прецессия - малоприятное явление, вынуждающее их постоянно перевычислять координаты звезд в экваториальной системе координат. В быту прецессия незаметна: как и наши деды, мы считаем Полярную звезду указателем севера. Но за несколько тысячелетий ось Земли поворачивается настолько сильно, что роль Полярной звезды переходит к иным светилам. Так, в 2600 году до нашей эры северный конец земной оси смотрел на звезду Тубан (альфа Дракона), а к 7500 году роль Полярной звезды перейдет к альфа Цефея.

Впрочем, прецессия касается не только астрономов и путешественников, но и всех прочих обитателей Земли. Дело в том, что смена времен года в основном связана с наклоном земной оси, но отчасти и с вытянутостью земной орбиты. Сейчас в декабре-январе, когда Северное полушарие "отворачивается" от солнечных лучей, земной шар располагается ближе всего к Солнцу; это смягчает зиму в Северном полушарии и делает более жарким и засушливым лето в Южном полушарии. Однако через 13 тысяч лет ситуация изменится: прецессия развернет земную ось и лето в Северном полушарии станет более жарким, а зима более холодной.

Если бы плоскость лунной орбиты совпадала с плоскостью земной орбиты, то движение земной оси ограничивалось бы прецессией. Однако лунная орбита наклонена к земной на угол около 5 градусов. К тому же ось лунной орбиты совершает коническое движение вокруг оси земной орбиты с периодом 18,6 года. Это явление можно рассматривать как "прецессию" орбиты Луны под приливным влиянием Солнца (попробуйте мысленно "размазать" Луну вдоль ее орбиты и рассмотреть движение этого торообразного волчка). Поэтому совместное приливное влияние Луны и Солнца на Землю также изменяется с периодом 18,6 года, что приводит к небольшим возмущениям простого прецессионного движения земной оси: на фоне ее медленного конического движения с амплитудой 23,5 градусов наблюдаются быстрые "покачивания" с периодом 18,6 года и амплитудой около 10". Они были обнаружены в 1737 году английским астрономом Дж.Брадлеем и названы нутацией. Стоит ли говорить, что у астрономов после этого появились новые заботы.

Владимир Георгиевич Сурдин, 2002 год