地球也有进动和进动(轴向进动)。 其实,两者的含义是相同的,但现象上却有本质的区别。 它们的含义类似于陀螺仪,一个处于旋转状态的物体,其自身的旋转轴绕着另一个轴旋转。 进动在地球公转的椭圆轨道上最为明显,而进动在地球自转时最为明显(可称为自转轴进动)。
进动概述
首先,我们先简单了解一下进动的概念。 这种现象类似于我们生活中的陀螺仪,一个处于旋转状态的物体,它自己的旋转轴又绕着另一个轴旋转。 现象。 更深层次的理解是:进动是旋转体沿旋转轴方向的运动。 在适当的参考系中,它可以定义为第一欧拉角(描述三维欧几里得空间中刚体的方向)的变化,而第三欧拉角定义为旋转本身。 换句话说,如果物体的旋转轴本身绕第二轴旋转,则称物体绕第二轴进动。 第二欧拉角发生变化的运动称为章动(路径中的微小摆动)。 在物理学中,进动有两种类型:自由扭矩进动和感应扭矩进动(-自由和-)。
在天文学中,进动是指物体旋转或轨道参数的任何缓慢变化。 一个重要的例子是地球自转轴方向的稳定变化,称为分点进动(轴向进动)。 下面我们分别讲一下。
水星轨道进动,图片:《从零开始学习相对论》——水星近日点进动
地球轨道进动
行星绕太阳运行的轨道并非每次都遵循相同的椭圆形,而是遵循花瓣形状,因为每个行星的椭圆轨道的主轴也在其轨道平面内进动。 这在一定程度上是对其他行星引力变化所产生的扰动的反应。 这种现象称为近日点进动或顶点进动。
在地球不同的椭圆公转中,我们可以知道地球在进动。 当地球绕太阳运行时,其椭圆轨道随着时间的推移逐渐旋转。 在太阳系中,大多数轨道的偏心率要小得多,进动也要慢得多,使它们几乎呈圆形且静止。
根据牛顿力学,行星的轨道是以太阳为焦点的椭圆形。 然而,观测结果与此略有不同。 以距离太阳最近的行星水星为例。 虽然它每个周期的轨道都非常接近椭圆,但相邻两个周期的两个“椭圆”的长轴并不重合,如其近日点(-lion)所示。 小变化。 随着时间的推移,由于累积效应,“椭圆”长轴(以及近日点)绕太阳的缓慢旋转变得可见。 这种现象称为近日点进动()。 1697年至1848年的天文观测表明,水星近日点进动率为每世纪5,600"("代表角秒)。 如何解释? 法国数学家勒维耶(Le )利用牛顿力学对水星的运动进行了长期的研究,并于1859年发表了另一份研究报告。根据这项研究,水星的近日点确实应该由于某些原因(例如受到其他行星),但各种原因造成的进动速率仅为每世纪5557",其余的每世纪43"无法解释。 这就是著名的“43第二问”。 他猜测这43英寸来自一颗未知行星的影响,并将其命名为祝融星( )。由于他不久前预测海王星取得巨大成功,国际天文学界很快掀起了寻找祝融星的热潮。社会上,不少天文学家(包括业余爱好者)陆续报道发现了朱荣兴的踪迹,但要么经不起检验,要么相互矛盾。尽管勒维耶在1878年去世时仍然坚信他的猜想,但大多数天文学家没有。直到1915年爱因斯坦广义相对论文章【爱因斯坦等人的《相对论原理》(1980中文译本)】的发表地球运动轨迹,人们才有足够的理由相信朱荣兴的假设是多余的。
太阳和月球之间的引力引起地球轨道的进动,这是地球气候振荡持续19,000至23,000年的主要原因之一。 由此可见,地球轨道参数(如轨道倾角、地球自转轴与其轨道平面之间的角度)的变化对于研究地球气候,特别是对过去冰河时代的研究非常重要。
进动概述
(轴向进动)
在天文学中,轴向进动(进动)是天体自转轴方向上由重力引起的缓慢而连续的变化。 特别是,它可以指地球自转轴方向在大约 25,772 年的时间内逐渐发生的周期性变化。 这类似于陀螺的进动,其轴在其顶点描绘出一对圆锥体。 “进动”一词通常仅指长期运动; 地轴排列的其他变化,例如章动和极移,规模要小得多。
地球的岁差在历史上被称为二分点岁差(或简称二分点),因为分点相对于恒星沿黄道向西移动,与太阳沿黄道的年度运动相反。 该术语仍在非技术讨论中使用,但在详细数学中并非如此。 历史上,岁差的发现通常归因于西方希腊时代(公元前二世纪)的天文学家希帕库斯(),尽管有些人声称有更早的发现,例如公元前 700 年的印度文本“ ( )”。 随着 19 世纪上半叶计算行星之间引力的准确性不断提高,早在 1863 年人们就认识到黄道本身也会轻微移动,称为行星进动,其中占主导地位的部分称为太阳进动。 它们一起被称为复合进动而不是分点进动。
日进动是由月球和太阳对地球赤道凸起的引力引起的,导致地球轴相对惯性空间移动。 行星进动(进动)是由地球上其他行星的引力与其轨道平面(黄道面)之间的小角度引起的,导致黄道面相对于惯性空间略有移动。 太阳和月亮的进动大约是行星进动的500倍。 除了月球和太阳之外,其他行星也会引起地轴在惯性空间中的小幅运动,使得月球进动和行星进动的比较产生误导。 因此,2006年,国际天文学联合会建议将主体部分更名为赤道进动。 。 较小、较弱的部分被重新命名为黄道进动,但它们的组合仍称为复合进动。
从天球外观测岁差运动。 照片:Tau`
地球自转引起的进动
我们知道地球不断地绕着自己的轴旋转,但是你知道吗? 该轴是运动的,其轨迹是圆锥形的,即假设直线端点的轨迹是圆。 这就是地球的轴向进动,也就是众所周知的进动现象。 更要小心的是,这个轨迹并不是一个完美的圆地球运动轨迹,或者说轨迹在每个圆点处都在向前摆动。 这是另一种现象,我们称之为章动。 本文不会对此进行解释。
地球自转的进动是一个非常小的进动,周期约为26000年。 地球的进动还导致地轴的两极指向北极星从未坐过的“王座”。 大约从公元前1500年到公元500年,“北极星”的“王座”被北极星占据。 北极星在中国古代被称为“皇帝星”。 它是小熊座第二亮的恒星,仅比今天的恒星稍暗一些。 北极星勾陈仪。 另一方面,公元前3000年的“北极星”的“王座”被右枢轴占据,但其亮度接近4(星等),因此并没有引起太多关注。 明亮的织女星经常被誉为最好的“北极星”(它在公元前 12,000 年左右履行了这一职责,并将在公元前 14,000 年左右再次履行这一职责)。 当北极星在公元前27,800年左右再次成为北极星时,由于自转,北极星将比现在距离北极更远,而在公元前23,600年,北极星比现在距离北极更近。
地球的进动,照片:NASA,Mysid
参考
1.WJ百科-英文版(Axial/)
2.“从零开始学习相对论”——水星近日点进动