Что такое предварение равноденствия
Прецессия равноденствий
Предварение равноденствий (лат. praecessio aequinoctiorum ) — историческое название для постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий (то есть точек пересечения небесного экватора с эклиптикой) навстречу видимому годичному движению Солнца.
Содержание
Причины
Основная причина предварения равноденствий — прецессия, периодическое изменение направления земной оси под влиянием притяжения Луны, а также (в меньшей степени) Солнца. Как выяснил Ньютон в своих «Началах», сплюснутость Земли у полюсов приводит к тому, что притяжение внешних тел поворачивает земную ось, которая описывает конус с периодом (по современным данным) примерно 25 776 лет (Платонов год). При этом наклон земной оси сохраняется неизменным.
Существуют и другие причины смещения земной оси — нутация, апериодическое «блуждание полюсов» и т. п., однако их вклад в результат по сравнению с прецессией невелик.
Последствия
Поворот оси нашей планеты имеет разнообразные последствия. Прежде всего, он увеличивает продолжительность звёздного года, который становится на 20 минут длиннее тропического. Такие созвездия северного неба, как Орион и Большой Пёс, постепенно опускаются под горизонт и через несколько тысяч лет скроются из виду, зато на северном небе появятся созвездия Центавр и Южный Крест. 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.
Аналогичные явления происходят и на других планетах. Например, ось Юпитера под влиянием его многочисленных спутников и Солнца смещается примерно на полградуса в течение юпитерианского года.
Исторический очерк
Теон Александрийский, комментатор Птолемея (IV век), выдвинул гипотезу, что сфера неподвижных звёзд испытывает периодические колебания в пределах 8°, после чего возвращается в прежнее положение. Эту модель поддержал в IX веке знаменитый арабский астроном Сабит ибн Курра.
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.
Предварение равноденствий
Предварение равноденствий (лат. praecessio aequinoctiorum ) — историческое название для постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий (то есть точек пересечения небесного экватора с эклиптикой) навстречу видимому годичному движению Солнца. Другими словами, каждый год весеннее равноденствие наступает немного раньше, чем в предыдущем году.
Содержание
Причины
Основная причина предварения равноденствий — прецессия, периодическое изменение направления земной оси под влиянием притяжения Луны, а также (в меньшей степени) Солнца. Как выяснил Ньютон в своих «Началах», сплюснутость Земли у полюсов приводит к тому, что притяжение внешних тел поворачивает земную ось, которая описывает конус с периодом (по современным данным) примерно 25 776 лет. При этом наклон земной оси к эклиптике сохраняется неизменным. Поворот земной оси смещает и связанные с Землёй экваториальные системы небесных координат, примерно на 20,1″ в год.
Существуют и другие причины смещения земной оси — нутация, апериодическое «блуждание полюсов» и т. п., однако их вклад в результат по сравнению с прецессией невелик.
Аналогичные явления происходят и на других планетах. Например, ось Юпитера под влиянием его многочисленных спутников и Солнца смещается примерно на полградуса в течение юпитерианского года.
Последствия
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 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 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 10 000 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 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 [1] (по современным данным, 1° за 71,5 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.
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.
Прецессия земной оси
Период прецессии земной оси
Наблюдать прецессию достаточно просто. Достаточно запустить волчок и подождать, пока он начнёт замедляться. Сначала ось вращения волчка вертикальна. Затем его верхняя точка постепенно опускается и движется по расходящейся спирали, описывая в пространстве конус.
Что такое прецессия Земной оси
Получается два движения: вокруг собственной оси и более медленное вращение самой оси. Это и есть прецессия оси волчка. Похожее явление возникает при суточном вращении Земли. Прецессия (точнее, общая годичная прецессия) является следствием такого же медленного поворота в том же направлении плоскости небесного и земного экваторов, поскольку вращение Земли (ось мира, перпендикулярна плоскости экватора), поворачивается за год на 50,27 сек.
Такой поворот земной оси называется ее прецессионным движением. Из-за прецессионного движения земной оси северный полюс мира перемещается по небу. Вокруг северного полюса эклиптики (южный полюс мира – вокруг южного полюса эклиптики) на те же 50,27 сек. За год. Прецессия приводит к тому, что земная ось (ось мира) описывает в пространстве конус. А полюсы мира — кривую, близкую к окружности, на небесной сфере.
Как меняется точка весеннего равноденствия
Еще во II веке до н.э. Греческий астроном Гиппарх сравнивая координаты некоторых звезд своего каталога. С теми координатами, которые были получены его предшественником (Тимохарисом – i до н.э.) обнаружил значительные расхождения. Объяснить это можно было только тем, что начало отсчета координат, точка весеннего равноденствия медленно перемещается относительно звезд навстречу годичному движению Солнца.
Благодаря этому, что равноденствие наступает раньше, чем Солнце совершает полный оборот по эклиптике. Явление получило название предварения равноденствий, или прецессии. Величина этого смещения за год называется постоянной прецессии. И по современным данным составляет 50,27″, а полный оборот по эклиптике точка весеннего равноденствия совершает примерно за 26 000 лет.
Новая эпоха или период прецессии
Этот период называется периодом прецессии. Так как за это время полюса мира перемещаются на 360о вокруг полюсов эклиптики. И точки равноденствий возвращаются на эклиптике в исходное положение. В результате прецессии точка весеннего равноденствия смещается на один знак примерно за 2130 лет. Астрологи называют этот период ЭПОХОЙ. В настоящее время северный полюс мира расположен вблизи Полярной Звезды (Малой Медведицы). А через 12000 лет будет находиться недалеко от Веги (альфа Лиры).
В жизни конкретного человека или конкретного общества этот ритм ничего не значит, он слишком велик. Но в глобальных исторических процессах его учитывают. Отсюда появились понятия — эра Овна, эра Рыб, эра Водолея и т.д. Движение прецессии идет в противоположную сторону движения Солнца по эклиптике. Поэтому за Рыбами следует Водолей. Сейчас мы входим в эру Водолея.
Астрологически это означает, что точка весеннего равноденствия входит в созвездие Водолея. Прецессия приводит к изменению координат небесных светил. Долгота звёзд увеличивается ежегодно на величину общей годичной прецессии при неизменной эклиптической широте. В экваториальной системе координат изменяется как прямое восхождение, так и склонение.
Вследствие прецессии точка весеннего равноденствия движется по эклиптике навстречу кажущемуся годовому движению Солнце, полюс мира перемещаются относительно звёзд, поэтому экваториальные координаты звёзд непрерывно изменяются.
Солнце в созвездии Змееносца
В результате прецессии и в результате того, что современные границы созвездий проведены произвольно, вдоль небесных параллелей и кругов склонения, вступление Солнца в знак Зодиака не совпадает со временем его вступления в соответствующее созвездие.
21 марта, в день весеннего равноденствия, Солнце находится в созвездии Рыб и в созвездие Овна вступает только 18 апреля. Более того, с 30 ноября по 18 декабря Солнце находится в созвездии Змееносца, которое в число зодиакальных знаков не входит.
Сейчас зодиакальные созвездия разошлись со знаками Зодиака примерно на один знак, так что вы можете прочесть в астрономическом календаре, что в 1992 г. Сатурн находится в созвездии Козерога, а астрологические таблицы скажут вам, что в это время он идёт по знаку Водолея. Не путайте созвездия и знаки!
Знаки отсчитываются от точки весеннего равноденствия, т.е. от точки пересечения двух окружностей: эклиптики и экватора, значит знаки порождены взаимодействием двух движений: вращения Земли вокруг своей оси (Земля как индивидуум) и вращения Земли вокруг Солнца (Земля как элемент солнечной системы).
Вступление Солнца в тот или иной знак Зодиака — чисто астрологическое явление. Оно означает, что долгота Солнца становится равной 0, 30, 60,…, 330, 360 градусам. Долгота отсчитывается по эклиптике от точки весеннего равноденствия, и нам не важно, какие созвездия там находятся.
Прецессии равноденствий Земли
В 129 году до н.э. Гиппарх впервые представил свой звездный каталог. Именно тогда он заметил, что позиции объектов не соответствуют вавилонским вычислениям. Более того, они смещались систематически, что подтолкнуло его на мысль о том, что дело не в звездах, а в нашей планете.
Это движение называют предварением (прецессией) равноденствий, представленной циклическими колебаниями в ориентации земной оси. Сейчас годовое движение занимает 50.3 угловых секунд (1 градус каждые 71.6 лет). Несмотря на свою медлительность, этот процесс стабилен и длится 25772 лет.
Во время прецессии заметны равноденствия, смещающиеся в западном направлении от эклиптики. На тот момент звезды считались неподвижными и закрепленными на месте. Прецессию часто упоминают как платоновский год из-за замечания Платона. Он сказал, что идеальный год определяется как возвращение небесных тел и неподвижных звезд в изначальные позиции.
Прецессия земной оси вращения сопровождается рядом эффектов. Начнем с того, что расположение южного и северного небесных полюсов кажется смещается по кругу с циклом в 25772 лет. Потому, если сегодня полярная звезда расположена на северном полюсе, то однажды она сдвинется, а ее место займет другая. Кроме того, положение планеты на орбитальном пути в период солнцестояний, равноденствий или прочих сезонных явлений медленно изменяется.
Впервые о причине заговорил Исаак Ньютон. Он ссылался на гравитацию. Хотя его формулы не отвечают критерию точности, но сама теория была верной. Сейчас мы знаем, что именно гравитационное влияние Солнца вызывает прецессии. Кроме того, Земля выступает сфероидом, а не идеальной сферой, поэтому из-за наклона сила гравитации действует активнее на определенные части. Запомните: если бы Земля обладала идеальной формой, то прецессии были бы невозможны.
Что такое предварение равноденствия
§ 11. Предварение равноденствий (прецессия)
Коснемся теперь одного важного вопроса, без которого ни один астроном не может грамотно пользоваться звездными картами и звездными каталогами.
Уже в древности было обнаружено, что точка весеннего равноденствия медленно перемещается на фоне звезд. Она плавно, на 50″ в год, смещается навстречу движущемуся по эклиптике Солнцу. Отсюда и возник «термин «предварение равноденствий». Вызвано это тем, что ось вращения рр’ Земли под влиянием лунно-солнечных притяжений описывает в мировом пространстве конус, осью которого является ось эклиптики ЕЕ’ (рис. 40). Растворение этого конуса 47°; полный обход конуса завершается за 26 тысяч лет.
Рис. 38. Эклиптикальные координаты
Рис. 40. Обяснение явления прецессии
В результате такого перемещения оси Земли, называемого прецессионным, полюсы мира очень медленно движутся вокруг полюсов эклиптики. На рис. 41 показан путь северного полюса мира. Мы видим, что около 2000 года северный полюс мира находится около а Малой Медведицы, а около 14 000 года он подойдет к Веге!
Рис. 41. Путь полюса мира на небесной сфере, описываемый вследствие процессии. Числами указаны годы, соответствующие различным положениям полюса
Допустим, что нам известны координаты светила, отнесенные к положению небесного экватора и эклиптики для эпохи каталога 1855 г., которая была принята при составлении Боннского Обозрения. Мы же хотим узнать, какие координаты должно иметь это светило в эпоху 1900 г., т. е. на 45 лет позднее. Для этого надо вычислить годичное изменение координат, умножить его на 45 и придать к координатам эпохи 1855 г.
Начнем с обработки склонения светила. Из таблицы 5 видно, что Δδ зависит только от а. Пусть прямое восхождение светила равно 15 ч. 37 м. 16 с.; выписываем из последнего столбца таблицы 5 данные для подходящего интервала:
45Δδ =-11″,7 х 45=-526″=-8’46».
Придав ее к склонению звезды, найдем
δ1900=+33 о 35’52»-8’46″=+33 о 27’06»
Выполненное нами действие называется линейным интерполированием.
Теперь приступим к преобразованию прямого восхождения. Пользование первой частью таблицы 5, содержащей годичные изменения Аа, сложнее, так как таблица имеет два входа. Выпишем
из нее часть, «внутри» которой находятся заданные координат светила:
Теперь производим такое же действие с числами, помещенными в столбце, соответствующем δ = +400. Здесь уменьшение Аа произошло на 0,11 с.; разделив на 40, находим 0,00275. Умножив на 17,3 и вычтя из 2,21, получим 2,16 с. Мы произвели одно интерполирование и его результаты выпишем ниже:
Надо выполнить второе интерполирование, так как заданное нам склонение светила равно 33°35’52» = 33°35′,9 = 33°,6 (мы обратили секунды в доли минуты, а затем минуты в доли градуса). Заданное нам значение склонения превосходит табличное на 3°,6. Из таблицы видно, что при увеличении склонения на 10° Аа уменьшается на 0,29 с. Следовательно, при увеличении на 1° оно уменьшится на 0,029 с. Умножив на 3,6, находим поправку 0,10 с, которую и надо отнять от табличного значения 2,45. Получаем 2,35, которые умножаем на разницу эпох, равную 45. Это дает 106 с. = 1 м. 46 с. Прибавляя к заданному прямому восхождению, получаем нужный ответ:
α1900 = 15 ч. 37 м. 16 с.+ 1 м. 46 с. == 15 ч. 39 м. 02 с.
Если надо вычислить положение светила для более ранней эпохи, например, перейти от координат 1950 г. к координатам 1900 г., то надо выполнить те же самые вычисления, но полученные поправки придать с обратным знаком.
Конечно, описанный учет влияния прецессии приближенный, но для наших целей его точность вполне достаточна. Точный учет производится гораздо сложнее. Так, например, для близких к полюсу звезд пользоваться описанным нами способом вообще нельзя. Поэтому таблица 5 не содержит Δα и Δβ для звезд, имеющих склонения больше +80°. В этих местах небесной сферы надо пользоваться точными формулами, так как здесь влияние прецессии сказывается гораздо сильнее.