Ruchy osi planety (precesję oznaczono niebieską literą "P")
Precesja lub ruch precesyjny –
zjawisko
zmiany kierunku osi obrotu obracającego się ciała. Oś obrotu sama obraca się wówczas wokół pewnego kierunku w przestrzeni zakreślając powierzchnię boczną
stożka
.
Precesja przy nieobecności sił zewnętrznych
Precesja występuje w przypadku swobodnie obracającej się bryły, gdy na ciało nie działają żadne siły zewnętrzne. Dzieje się tak wówczas, gdy oś, wokół której obraca się bryła nie jest jej osią główną.
Precesja wymuszona
Precesja wymuszona występuje wówczas, gdy
ciało
obracające się dookoła osi zostanie poddane
momentowi siły
ze składową prostopadłą do
momentu pędu
ciała. Wtedy oś obrotu ciała wykonuje ruch kreśląc sobą powierzchnię w kształcie bocznej powierzchni
stożka
. Zjawisko to może być zaobserwowane na przykładzie wirującego bąka, gdy oś bąka nie jest pionowa przyciąganie ziemskie stara się przewrócić bąka, ale bąk nie przewraca się, a charakterystycznie zatacza się, co jest właśnie precesją. W ten sposób precesja powoduje stabilność wirujących ciał. Dzięki precesji działają również
żyrokompasy
.
Okres zataczania okręgu przez oś obrotu ciała jest wprost proporcjonalny do
prędkości kątowej
ruchu obrotowego i
momentu bezwładności
ciała oraz odwrotnie proporcjonalny do momentu siły zaburzającej. Co wyraża wzór:
- gdzie:
- Is – moment bezwładności;
- Q – moment siły;
- Ts – okres obrotu ciała wokół osi;
- Tp – okres zakreślania powierzchni stożkowej przez oś ciała.
Prędkość kątowa
precesji podpartego ciała znajdującego się w jednorodnym polu grawitacyjnym nie zależy od kąta wychylenia ciała od pionu i wyraża się wzorem:
gdzie:
- Is – moment bezwładności;
- m – masa ciała;
- g –
przyspieszenie ziemskie
- l – wysokość ciała (ramię
momentu siły
), odległość od podparcia do środka masy ciała;
- ω – prędkość kątowa obrotu ciała;
- ωpr – prędkość kątowa precesji, czyli prędkość kątowa osi obrotu ciała.
Precesji może towarzyszyć
nutacja
, wówczas pojawiają się dodatkowe "wahnięcia".
Precesja osi Ziemi
Jest to zjawisko przejawiające się wykonywaniem przez oś
Ziemi
ruchu po powierzchni bocznej stożka. Innymi słowy, oś ziemska kreśli na tle nieba okrąg. Zakreślenie pełnego okręgu trwa 25 920 lat.
Zjawisko to jest wywołane przez
oddziaływanie grawitacyjne
ze strony
Księżyca
i
Słońca
. Oś obrotu Ziemi nie jest prostopadła do jej płaszczyzny obiegu wokół Słońca (
ekliptyki
), ale pochylona pod kątem ok. 23,5°. Jednocześnie Ziemia nie jest kulą. Jest spłaszczona na biegunach, stąd jej moment bezwładności względem osi obrotu jest większy niż dla kuli. W rezultacie jej oś obrotu porusza się po powierzchni bocznej stożka, nie zachowując stałego położenia w przestrzeni. Skutkiem precesji Ziemi
równik niebieski
wędruje po ekliptyce z prędkością 1° na 72 lata, a
biegun niebieski
zakreśla wokół bieguna ekliptyki okrąg o promieniu 23,5°. Dlatego też
Gwiazda Polarna
nie zawsze była na biegunie nieba. Za 11 tysięcy lat będzie tam się znajdować
Wega
. Podobnie przesuwa się po ekliptyce
punkt Barana
, inaczej zwany punktem równonocy wiosennej. Precesja powoduje również różnicę między
rokiem gwiazdowym
a
rokiem zwrotnikowym
.
Precesja osi Ziemi została odkryta przez
Hipparcha
w 130 roku p.n.e. Jest to data akceptowana przez tradycyjną, akademicką interpretację historii. Zjawisko precesji było znane i obserwowane już w starożytnym Sumerze, a potem Egipcie.
Precesja innych ciał niebieskich
Oś obrotu większości ciał niebieskich podlega precesji. Dotyczy to również planet Układu Słonecznego.
W Układzie Słonecznym, poza precesją planet w ruchu obrotowym wokół własnej osi, występuje również zjawisko zmian orbit planet w ruchu obiegowym wokół Słońca. Jego skutkiem jest
ruch peryhelium
, nazywany często precesją peryhelium. Najsilniej efekt ten przejawia się w przypadku Merkurego. Zaobserwowany ruch
peryhelium
Merkurego tylko częściowo daje się wytłumaczyć na gruncie klasycznego oddziaływania grawitacyjnego z innymi planetami. Okazało się, że uwzględnienie efektów wynikających z
ogólnej teorii względności
Einsteina
pozwala wyjaśnić to zaburzenie. Dokładne pomiary ruchu peryhelium
Merkurego
stanowiły jeden z pierwszych empirycznych dowodów tej teorii.
Zobacz też