23 июня 2008 г.

Изменения наклона земной оси вращения

Когда речь заходит про климатические циклы Миланковича (связь ледниковых периодов с периодическими изменениями параметров земной орбиты), то обычно перечисляют три главных периодичности: прецессия земной оси с несколькими периодами около 20-25 тыс. лет, изменение угла наклона земной оси к плоскости эклиптики с периодом 41 тыс. лет и вариации эксцентриситета с доминирующим периодом около 100 тыс. лет.

Есть такое распространенное заблуждение, что изменение угла наклона земной оси (от 22° до 24,5°) -- это нутация Земли. Упоминание этого есть, например, в статье Циклы Миланковича в книге "Природа науки. 200 законов мироздания" Дж. Трефила; эта же ошибка присутствует и в пятом выпуске газеты "Троицкий вариант" в статье "Аргон-аргоновый метод и гибель динозавров". Так вот, это неправильно.

Нутация -- это быстрое (по сравнению с прецессией) "бултыхание" оси вращения. К тому же, для тел, близких к сферической форме, она обычно очень мала по амплитуде. Нутация Земли усложняется по сравнению с нутацией простого твердого тела из-за наличия Луны на орбите, но все равно она уже хорошо изучена. Доминирующий период в ней вызван колебаниями орбиты Луны -- 18,6 лет (на порядки меньше периодов в циклах Миланковича!), а амплитуда составляет всего несколько угловых секунд.

А 41-тысячелетнее изменение угла наклона земной оси с амплитудой больше 1 градуса -- это другой эффект. Он связан с возмущением системы Земля-Луна другими планетами. Причем у Земли он еще относительно небольшой по амплитуде из стабилизирующего действия Луны; у других планет он может составлять десяток градусов.

13 комментариев:

  1. Alexander24/6/08 12:03

    Спасибо! Интересное сообщение.
    Игорь, Вы не могли бы привести несколько ссылок по поводу последнего эффекта, изменение оси вращения порядка градуса, вызванное планетами?
    Александр.

    ОтветитьУдалить
  2. На самом деле я не совсем точно написал -- это эффект не только планет, но и солнца. Осуществляется это все через Луну, а также через приливные искажения Земли.

    Насчет ссылки. Я не знаю, какая ссылка самая лучшая, но вообще, это все получается в рамках честной зубодробительной численной небесной динамики. Один из специалистов в этом деле J.Laskar; поиск по "Laskar obliquity" дает много интересного.

    Из прямых ссылок могу порекомендовать:
    J. Laskar, The limits of Earth orbital calculations for geological time-scale use, PTRSA, 357, 1735 (1999);
    J.Laskar et al., Stabilization of the Earth's obliquity by the Moon, Nature 361, 615 (1993).

    Вот еще ссылка на некую лекцию Lecture 18—Chaotic obliquity variations (pdf, 1,7 МБ).

    ОтветитьУдалить
  3. Александр27/6/08 18:56

    Благодарю за ссылки!
    А.

    ОтветитьУдалить
  4. Анонимный14/10/10 10:00

    Вопрос-А в пределах от одного до трёх земных месяцев есть ли у Земли нутации?

    sergeinadin@mail.ru

    ОтветитьУдалить
  5. Игорь, добрый день.

    Прошу прощения за элементарный вопрос, но, как дилетант, пока не могу найти на него ответ в доступных источниках (популярных статьях).

    Какова величина угол прецессии земной оси? В одних статьях упоминается величина оголо 23.5 градусов (равная наклону оси к орбите Земли), в других 1 - 1.5 градуса.

    А ведь цифры и их последствия имеют принципиальные различия. Выводы же из обоих значений в источниках зачастую делаются далеко идущие (если не сказать чудовищные).

    Хотелось бы разобраться для себя.
    Заранее спасибо за ответ.

    ОтветитьУдалить
  6. Нет такого понятия — угол прецессии. Прецессия — это поворот угла наклона оси к плоскости эклиптики относительно оси, перпердикулярной этой плоскости. Поэтому угол наклона при прецессии может вообще не меняться.

    Другое дело, есть еще и другое движение — этот угол периодически уменьшается и увеличивается. Амплитуда этого движения для Земли чуть больше 1 градуса, т.е. угол наклона оси меняется от 22,1 до 24,5 градуса.

    Подробнее см. вот этот пост с картинками.

    ОтветитьУдалить
  7. Гм, как это нет?
    Ну хорошо, как тогда называется угол на схеме в этой же Вашей заметке между осью вращения и пунктирной линией? Интересует именно его величина, применительно к Земле.

    Т.е. угла между образующей конуса, описываемого осью вращения при прецессии, и осью этого конуса.

    ОтветитьУдалить
  8. Теперь понятно, что вы имели в виду. Я поначалу воспринял «угол прецессии» как «угол, на который поворачивается тело во время прецессии». В общем, такое выражение сбивает с толку, по крайней мере меня.

    Если речь идет только про прецессию, то этот угол и есть угол наклона оси вращения к плоскости орбиты. Если же вы хотите учитывать еще и то, что сама плоскость орбиты чуть-чуть вихляет относительно оси полного углового момента солнечной системы, то тогда движение не сводится к одной лишь прецессии, и отпадает надобность вводить четко определенную фиксированную ось прецессии. Но это всё непринципиально, т.к. такие колебания слабые.

    ОтветитьУдалить
  9. Игорь, извините, пришлось отвлечься на 2 недели.
    Большое спасибо за ответ. Друг друга поняли.

    Нет, слабые колебания пока не интересуют. Речь только про прецессию.

    Не подскажете, где можно внятно прочесть про доказательство того, что угол наклона земной оси к эклиптике и есть угол прецессии?

    Несмотря на Ваше утверждение и строчку в Википедии (статья "Предварение равноденствий", гласящую то же самое, гложут сомнения в верности этого утверждения. Почему:
    1. Угол довольно велик - в меридиональной проекции его амплитуда получается свыше 46 градусов. Если основной силой, вызывающей прецессию, является приливное действие Луны, то вызывает недоверие, что тело, уступающее массой более чем в 80 раз нашей старушке-Земле, могло ее так "раскачать".
    2. Как в этом разрезе быть с наклонами осей других планет Солнечной системы? Правомерно ли проводить аналогии с Землей? В таком случае, например, наклон оси вращения Урана (98 градусов, ну или 82, смотря с какой стороны считать) - тоже вызван прецессией? Пардон за утрирование, просто так нагляднее проиллюстрировать мои сомнения.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Анонимный23/1/13 16:42

      Прецессия приводит к тому, что земная ось со временем "смотрит" на разные точки небесной сферы. Сегодня эта ось "смотрт" почти на полярную звезду (северная часть оси). Спустя так 10 тысяч лет она будет смотреть на альфа-звезду созвездия Вега, которая у нас сегодня (летом) находится почти в зените (даже немного южнее. Вот Вам и почти 46 градусов! То есть, в результате прецессии ось Земли как бы прочерчивает на небесной сфере круг довольно большого диаметра. Круг замыкается каждые 26 тысяч лет.

      Удалить
    2. Извините, спустя 2 с лишним году случайно открыл эту страницу. Не ожидал увидеть на ней еще какой-то ответ спустя столько времени. :)

      Да, вы повторили то, что пишется во всех статьях насчет прецессии, величины угла отклонения оси врящения от перпендикуляра к плоскости эклиптики и таких явлений, как предварение равноденствий. Это все легко найти.

      Не смог я найти ответов на вытекающие вопросы, с ними и обращался к хозяину блога:

      1) Доказательства именно такой величины угла прецессии для Земли.

      2) Возможных причин столь большого угла. Наиболее часто мне встречалось объяснение причины явления прецессии как естественных природных сил - таких, как приливное влияние Луны. Для понимания, что меня смущает в таком объяснении, я привел пример с Ураном, который "вращается, лежа на боку" и не имеет массивных спутников, влияние которых могло бы "положить планету на бок".
      Или могло бы?

      Может быть, у Игоря найдется время вернуться к этим вопросом - буду рад.

      Удалить
    3. Судя по таким феноменами как наклон оси Урана, сильный экстрпсистент Плутона, наклон осей Марса и Земли можно предположить что по солнечной системе однажды последовало массивное тело явно массивнее того же Урана к тому же этот объект похоже обладал сильным магнитным полем поскольку смог увлечь оси этих планет связанных с магнитными полюсами. Полагаю что этот катаклизм возможно просчитать на хорошем компьютере с соответствующей программой но видно тем кому это надо знают и без нас а тем кому не стоит знать никто и не скажет :-))))

      Удалить
  10. ни хрена себе ,- новости астрономии : - " альфа-звезда созвездия Веги " ... О народ дает !!!

    ОтветитьУдалить