Astronomik nütasyon - Astronomical nutation

Astronomik nütasyon , dönen bir astronomik nesnenin dönme ekseninin oryantasyonunun zamanla değişmesine neden olan bir olgudur . Dönen nesneye etki eden yakındaki diğer cisimlerin yerçekimi kuvvetlerinden kaynaklanır . Farklı zaman ölçeklerinde işleyen aynı etkiden kaynaklansalar da, gökbilimciler genellikle dönme ekseninde uzun vadeli sabit bir değişiklik olan presesyon ile benzer kısa vadeli varyasyonların birleşik etkisi olan nütasyon arasında bir ayrım yaparlar .

Bir presesyon ve nütasyon örneği , Dünya'nın dönme ekseninin oryantasyonunun zaman içindeki değişimidir . Bu önemlidir, çünkü astronomik nesnelerin konumlarının ölçümü için en yaygın olarak kullanılan referans çerçevesi , Dünya'nın ekvatorudur - sözde ekvator koordinat sistemi . Presesyon ve nütasyonun etkisi, bu referans çerçevesinin kendisinin keyfi bir sabit çerçeveye göre zaman içinde değişmesine neden olur.

Nutasyon, astronomik bir cismin görünen yerini elde etmek için uygulanması gereken düzeltmelerden biridir . Bir nesnenin konumu hesaplanırken, başlangıçta göre ifade edilir ortalama ekinoksunda ve ekvator dikkate presesyonun uzun süreli bir etki alarak, belirli bir tarihte Dünya ekseninin yönüne göre tanımlanmıştır, ancak - olmayan , daha kısa vadeli nutasyonun etkileri. Daha sonra, gerçek ekinoks ve ekvatora göre konum elde edildikten sonra nutasyonun etkisini hesaba katmak için başka bir düzeltme uygulamak gerekir .

Gezegenlerin dinamik hareketleri çok iyi bilindiği için, onların nütasyonları on yıllar boyunca yay saniyeleri içinde hesaplanabilir . Okyanus akıntıları , rüzgar sistemleri ve sıvı nikel-demirdeki varsayımsal hareketler gibi hızlı ve tahmin edilemez şekilde değişen şeylerden etkilendiği için, gelecekte yalnızca birkaç ay için tahmin edilebilecek kutup hareketi adı verilen Dünya'nın dönüşünde başka bir rahatsızlık var. dünyanın dış çekirdeği .

Dünya'nın nutasyonu

Presesyon ve nütasyona esas olarak Ay ve Güneş'in yerçekimi kuvvetlerinin Dünya'nın küresel olmayan şekline etki etmesi neden olur . Presesyon, çok uzun bir zaman periyodu boyunca ortalaması alınan bu kuvvetlerin etkisi ve zamanla değişen bir atalet momentidir (eğer bir nesne ana dönme ekseni etrafında asimetrik ise, her bir koordinat yönüne göre atalet momenti açısal momentumu korurken) ve yaklaşık 26.000 yıllık bir zaman ölçeğine sahiptir. Nutasyon oluşur çünkü kuvvetler sabit değildir ve Dünya Güneş'in etrafında dönerken ve Ay Dünya'nın etrafında dönerken değişir . Temel olarak, gezegensel devinmeye neden olan ve toplam devinimin yaklaşık %2'sine katkıda bulunan diğer gezegenlerden gelen torklar da vardır. Güneş ve aydan gelen torklardaki periyodik değişimler nedeniyle, yalpalama (nütasyon) meydana gelir. Presesyonu ortalama, nütasyonu ise anlık olarak düşünebilirsiniz.

Nutasyona en büyük katkı , Ay'ın Dünya çevresindeki yörüngesinin ekliptik düzlemine 5 ° 'nin biraz üzerinde olan eğimidir . Bu yörünge düzleminin yönü, yaklaşık 18.6 yıllık bir süre boyunca değişir. Dünya'nın ekvatorunun kendisi ekliptik ile yaklaşık 23.4°'lik bir açıyla eğimli olduğu için (ekliptiğin eğikliği , ), bu etkiler birleşerek Ay'ın yörüngesinin ekvatora eğimini 18.6'ya göre 18,4° ile 28,6° arasında değiştirir. yıl dönemi. Bu, Dünya ekseninin yöneliminin aynı periyot boyunca değişmesine neden olur ve göksel kutupların gerçek konumu, ortalama konumları etrafında küçük bir elips tanımlar. Bu elipsin maksimum yarıçapı , nütasyon sabitidir , yaklaşık 9.2 yay saniyesidir. ${\görüntüleme stili \epsilon }$

Daha küçük etkiler de nütasyona katkıda bulunur. Bunlar, Ay'ın Dünya çevresindeki aylık hareketi ve yörünge eksantrikliğinden kaynaklanır ve benzer terimler, Dünya'nın Güneş etrafındaki yıllık hareketinden kaynaklanır.

Astronomik nesnelerin konumu üzerindeki etkisi

Nutasyon, gözlemlenen bir nesnenin konumunda bir değişiklikten ziyade referans çerçevesinde bir değişikliğe neden olduğundan, tüm nesnelere eşit olarak uygulanır. Zaman içinde herhangi bir noktada, büyüklüğü genellikle cinsinden ifade edilir ekliptik koordinatları olarak, boylam nutation ( ) ve eğriliğin içinde nutation ( ). Nutasyondaki en büyük terim sayısal olarak (ark saniyesi olarak) şu şekilde ifade edilir: ${\ Displaystyle \ Delta \ psi }$${\ Displaystyle \ Delta \ epsilon }$

${\displaystyle {\begin{hizalanmış}\Delta \psi &=-17.2\sin \Omega \\\Delta \epsilon &=9.2\cos \Omega \end{hizalı}}}$

Ay'ın yörüngesinin yükselen düğümünün ekliptik boylamı nerede . Referans olarak, kalan tüm terimlerin mutlak değerlerinin toplamı boylam için 1.4 yay saniyesi ve eğiklik için 0.9 yay saniyesidir. ${\görüntüleme stili\Omega }$

Küresel trigonometri daha sonra bir nesnenin, ayar bu miktarları dönüştürmek için herhangi bir nesne üzerinde kullanılabilir Sağ açıklık ( ) ve sapma ( kapatmaz bir kuzey kutbu, açılımlarının nutasyon (kadar olan nesneler için) () ve sapma olabilir) yaklaşık olarak aşağıdaki gibi hesaplanmalıdır: ${\görüntüleme stili \alfa }$${\görüntüleme stili \delta }$${\ Displaystyle \ Delta \ alfa }$${\görüntüleme stili\Delta \delta }$

${\displaystyle {\begin{hizalanmış}\Delta \alpha &=(\cos \epsilon +\sin \epsilon \sin \alpha \tan \delta )\Delta \psi -\cos \alpha \tan \delta \Delta \ epsilon \\\Delta \delta &=\cos \alpha \sin \epsilon \Delta \psi +\sin \alpha \Delta \epsilon \end{hizalı}}}$

Tarih

Nutasyon, James Bradley tarafından 1727 ve 1747 yılları arasında gerçekleştirilen bir dizi yıldız gözleminden keşfedildi. Bu gözlemlerin asıl amacı , Bradley'in 1725-6'da beklenmedik bir şekilde keşfettiği bir fenomen olan yıllık ışık sapmasının varlığını kesin olarak göstermekti . Bununla birlikte, yıldızların konumlarında sapma ile açıklanmayan bazı artık tutarsızlıklar vardı ve Bradley, bunların Ay'ın yörünge düğümlerinin dönüşünün 18.6 yıllık dönemi boyunca meydana gelen nütasyondan kaynaklandığından şüpheleniyordu . Bu, gök direğinin ortalama konumu etrafında 18'e 16 yay saniyelik hafif düzleştirilmiş bir elips içinde hareket ettiğini keşfettiği 20 yıllık gözlem serisiyle doğrulandı.

Bradley'in gözlemleri nütasyonun varlığını kanıtlamasına ve Ay'ın dönen Dünya üzerindeki hareketinden kaynaklandığını sezgisel olarak anlamasına rağmen , fenomenin daha ayrıntılı bir teorik açıklamasını geliştirmek daha sonraki matematikçiler d'Alembert ve Euler'e bırakıldı. .

Ayrıca bakınız

• ışık sapması
• kutupsal hareket

Referanslar