Изменение координат светил с течением времени

Реферат

Учебной дисциплины: «Астрономия»

на тему:

«Прецессия земной оси и изменение координат светил с течением времени»

 

Выполнила:

студентка группы 12

Курская Карина Дмитриевна

Преподаватель:

Новикова Антонина Фёдоровна

 

Брянск 2020

Содержание

1. Введение. 3

2. Причины прецессии. 4

3. Последствия прецессии. 5

4. Исторический очерк. 6

5. Изменение координат светил с течением времени. 8

6. Тайна прецессии. 10

7. Список использованной литературы.. 12

 

 

                              

 

 

Введение

Известно, что свободный гироскоп, каким является Земля, может прецессировать только при наличии опрокидывающего момента внешней силы. Исключений из этого правила нет. Известно также, что земная ось прецессирует. Вывод очевидный - необходимый момент существует. Это значит, что центр массы инерции Земли и центр приложения результирующей внешних сил не совпадают. Так как Земля электрически нейтральна, то внешнюю силу может формировать только магнитное поле и поле гравитации. Среди известных магнитных сил ничего подходящего не нашлось. Остаются гравитационные силы. Из принципа эквивалентности массы гравитации и массы инерции следует, что в однородном поле центр притяжения всегда совпадает с центром инерции, т.е. в этом случае необходимый момент невозможен. Отсюда следует, что источник внешней силы должен создавать неоднородное поле.

 

 

Причины прецессии

Явление прецессии лег­ко объясняется силами тяготения. Если Земля была бы точ­ным шаром, то никакой прецессии возникнуть не могло бы. Однако Земля несколько сплюснута у полюсов. Это позволяет представить Землю как шар с небольшими утолщениями на экваторе. Шар притягивается Луной и Солнцем как матери­альная точка, расположенная в его центре. Силы, с которыми Луна притягивает эти утолщения, обра­зуют пару сил, стремящихся повернуть ось вращения Земли и сделать её перпендикулярной плоскости лунной орбиты (притяжение Луны) и эклиптики (притяжение Солнца). Однако Земля вращается, и такое воздействие приводит к то­му, что ось вращения начинает описывать конус. Это и есть прецессия.

 

 

Последствия прецессии

Поворот оси нашей планеты имеет разнообразные последствия. Прежде всего, он сокращает продолжительность тропического года, который становится на 20 минут короче звёздного. Поскольку долготы звёзд отсчитываются от точки равноденствия, они постепенно увеличиваются — именно этот эффект и привёл к открытию данного явления.

В процессе 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 из средних широт северного полушария, зато на северном небе появятся созвездия Центавр и Южный Крест, а также ряд других. Однако не все созвездия южного полушария будут доступны в результате прецессии, к примеру, выше всех поднимется современное "летнее" небо, меньше — "осеннее" и "весеннее", зимнее небо не поднимется вовсе, так как в настоящее время оно уже максимально поднято.

Схожие процессы будут и в Южном полушарии. Многие созвездия Северного полушария, которые в настоящее время недоступны, будут доступны, причём выше всего поднимется современное "зимнее" небо, которое видно из Южного полушария как летнее. Спустя 6 тысяч лет будет доступно из средних широт Южного полушария для наблюдения созвездие Большая Медведица, а 6 тыс. лет назад была видна Кассиопея.

Полюс мира сейчас почти совпадает с Полярной звездой; в древнем Египте он находился вблизи звезды Тубан (α Дракона), а в V тысячелетии перейдёт в созвездие Цефея.

Орбита Земли слегка вытянута, и ближе всего Земля подходит к Солнцу в январе, когда в северном полушарии зима. Из-за этого климат северного полушария Земли несколько мягче, чем южного (зима мягче, а лето несколько прохладнее). Через 10000 лет сезоны из-за прецессии сдвинутся, и мягче станет климат южного полушария.

 

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 Аристарх Самосский. Разность между звёздным и тропическим годом, вычисленная на основании этих данных, соответствует скорости прецессии 1° за 100 лет^[1] (по современным данным, 1° за 71,5 года).

Рис 1.

Наружные сферы в теории Птолемея, отвечающие за суточное вращение неба и прецессию

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)^[2]. 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).

Теон Александрийский, комментатор Птолемея (IV век), выдвинул гипотезу, что сфера неподвижных звёзд испытывает периодические колебания в пределах 8°, после чего возвращается в прежнее положение. Это явление было названо трепидацией. В IX веке эту модель поддержал знаменитый арабский астроном Сабит ибн Курра^[3]. Уже арабские астрономы более позднего времени показали, что прецессия носит монотонный характер. Тем не менее, они полагали, что скорость прецессии периодически изменяется, так что изменение долгот звезд можно разложить на две составляющие: равномерное увеличение (собственно прецессия), на которое наложено периодическое колебание (трепидация). Такой точки зрения придерживался, в том числе, Николай Коперник, и лишь Тихо Браге доказал полное отсутствие трепидации.

Коперник первым понял, что смещается не небесный экватор, а земная ось. Причина смещения была подробно объяснена в «Началах» Ньютона; рассуждения Ньютона были качественно верны, однако его математическая модель содержала неточности.

В XVIII веке большой вклад в изучение вопроса внёс Даламбер, исправивший модель Ньютона, а в XIX-м — Фридрих Вильгельм Бессель и Отто Вильгельм Струве.

 

Изменение координат светил с течением времени

Вследствие суточного вращения небесной сферы все светила описывают круги, плоскости которых параллельны плоскости небесного экватора, т.е. они движутся по суточным параллелям. В общем случае светило часть времени находится под плоскостью горизонта и не видно для наблюдателя.

Точка пересечения суточной параллели светила и восточной части горизонта называется точкой восхода светила, а точка пересечения с западной частью горизонта точкой захода светила. Суточная параллель пересекает небесный меридиан в двух точках. Явление пересечения светилом небесного меридиана называется кульминацией светила. Кульминация называется верхней, если светило пересекает верхнюю часть меридиана PZQSP', в которой находится точка зенита Z, и нижней, если светило пересекает небесный меридиан в его нижней части PNQ'Z'P', содержащей точку надира Z'. В том случае, когда нижняя кульминация происходит над горизонтом (h > 0), такое светило называется незаходящим, а если даже во время верхней кульминации светило находится под горизонтом (h < 0), то оно называется невосходящим. Таким образом, все светила на небесной сфере разбиваются на три большие группы - незаходящие, невосходящие и светила, которые восходят и заходят (рис. 8). Принадлежность светила к той или иной группе определяется его склонением и широтой места наблюдения .

Рис 2.

 

 

Тайна прецессии

Гришаев А.А. имеет репутацию борца за чистоту эксперимента и его корректную интерпретацию. Его анализы всевозможных методик экспериментов и сопутствующих расчетов являют образец для подражания при организации сложных опытов. Но в данном конкретном случае Гришаев А.А. проявил некоторую небрежность. Проведя недостающие расчеты, и вскрыв тем самым, то ли нечистоплотность, то ли некомпетентность авторов официальной точки зрения, Гришаев А.А. косвенно освятил сам механизм возникновения опрокидывающего момента. Результат критики Гришаева предсказуем. Сначала критика приведет к поиску ошибок в расчетах самого Гришаева, а если их не найдут, то привлекут для объяснения прецессии ТО, и тогда уж точно всё получится.

Произведем анализ предложенного механизма формирования опрокидывающего момента. Этот анализ в силу своего имиджа должен бы осуществить Гришаев А.А., но он этого почему-то не сделал. Начнем с экваториального кольца. Из логики официальных авторов следует, что Земля в форме шара опрокидывающего момента не создает, и весь эффект прецессии определяется только экваториальным кольцом. Однако, достаточно очевидно, что идеальный шар можно представить набором колец, ни чем не отличающихся по своим характеристикам от экваториального кольца. Таким образом, прецессия вовсе не связана с симметричной деформацией Земли. Это замечание не влияет на суть явления, даже предполагает усиление эффекта, но ставит вопрос о причинах странного поведения авторов, которые не настолько наивны, чтобы допустить такую оплошность. Придется отвлечься и на анализ этой странной ситуации. Вернемся для этого к экваториальному кольцу и зададимся вопросом, где находится его центр инерции. Ответ очевиден: при однородной плотности массы - в геометрическом центре кольца. А где находится центр приложения сил гравитации? Как следует из официального обоснования, он смещен от геометрического центра в сторону тела, формирующего гравитационное поле, и чуть-чуть вверх или вниз от плоскости эклиптики. Но в официальном обосновании нет ни слова о несовпадении названных центров. Формулировка без обращения к взаимному расположению центра инерции и центра гравитации не привлекает внимания к проблеме эквивалентности, тем более, если она относится к странной серповидной цилиндрической насадке. Если же этот аргумент применить для идеального шара, то сразу высвечивается конфликт с ТО, в соответствии с которой масса гравитации эквивалентна массе инерции, и ни каких смещений не предполагает. Вот и приходится авторам данного обоснования лавировать, чтобы не потревожить предписанный покой ТО, и в то же время оставить местечко для здравого смысла.

Следующим объектом нашего анализа является предположение тех же авторов, принятое по умолчанию, и состоящее в том, что прецессия, создаваемая наклонным экваториальным кольцом, будет всегда однонаправленной. Проверим, так ли это. По мнению авторов, скорость прецессии в процессе обращения Земли вокруг Солнца изменяется от своего максимума в момент зимнего солнцестояния до нуля в момент равноденствия, и снова возрастает до максимума в момент летнего солнцестояния. Всё правильно - но только по отношению к модулю скорости прецессии. При прохождении равноденствия угловая скорость прецессии не только падает до нуля, но еще и меняет знак. Этот эффект формируется вследствие изменения знака плеча опрокидывающей силы. При обороте Земли вокруг Солнца на 180є, ближняя половина экваториального кольца оказывается в противолежащей полусфере эклиптики, при этом изменяется направление момента опрокидывающей силы, что неизбежно должно вызвать смену направления прецессии. Таким образом, рассматриваемая прецессия является возвратно-поступательной. Получается, что имеющиеся на настоящее время наблюдения за земной осью интерпретируются ошибочно, скорее всего, возвратно-поступательная прецессия принимается за нутацию. Это тем более правдоподобно, что истинная нутация должна бы затухнуть, а этого не происходит.

Странности в интерпретации параметров наблюдаемой прецессии земной оси на этом не заканчиваются. В составе параметров, описывающих прецессию, есть два параметра, для определения которых не требуется вычислений, и поэтому они редко упоминаются при описании установок, использующих гироскопы. Прецессия гироскопа характеризуется конусом прецессии, вершина которого всегда совпадает с точкой приложения внешней опрокидывающей силы, а ось конуса всегда совпадает с вектором этой опрокидывающей силы.