Глава 1.

НЕКОТОРЫЕ НЕОБХОДИМЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ АСТРОНОМИИ И ИСТОРИИ АСТРОНОМИИ
1. ЭКЛИПТИКА, ЭКВАТОР, ПРЕЦЕССИЯ.
Рассмотрим движение Земли по орбите вокруг Солнца. Обычно считается, что вокруг Солнца движется не сама Земля, а центр масс (центр тяжести) системы Земля-Луна, так называемый барицентр. Барицентр находится недалеко от центра Земли, по сравнению с расстоянием до Солнца. Для целей настоящей книги можно считать, что орбитальное движение барицентра вокруг Солнца отождествляется с движением Земли вокруг Солнца.
Гравитационные возмущения от планет вызывают непрерывный поворот плоскости орбиты барицентра. Это вращение имеет некоторую основную синусоидальную составляющую с очень большим периодом. На главную составляющую накладываются некоторые малые переменные колебания, которыми мы будем пренебрегать. Эта вращающаяся плоскость орбиты Земли и называется плоскостью эклиптики.
Иногда эклиптикой называется окружность пересечения плоскости эклиптики с воображаемой сферой неподвижных звезд. За центр этой сферы условно примем центр Земли, лежащий в плоскости эклиптики. На рис.1.1 это точка O. По отношению к далеким звездам движением Земли можно пренебречь и считать ее неподвижным центром звездной сферы. В дальнейшем, говоря о каком-либо небесном объекте -- Солнце, звезде и т.п., будем отождествлять с ним точку его проекции на сферу неподвижных звезд.
Эклиптика вращается со временем, поэтому ее называют подвижной эклиптикой. Чтобы охарактеризовать положение подвижной эклиптики в каждый момент времени, вводится понятие мгновенной эклиптики, для данного года или для данной эпохи. Понятие и свойства мгновенного вектора угловой скорости и мгновенной эклиптики изучаются в рамках небесной механики. Фиксированные последовательные мгновенные эклиптики для разных эпох иногда называются неподвижными эклиптиками этих эпох. Например, удобно говорить о неподвижной эклиптике 1 января 1900 года. Положение подвижной эклиптики на любой момент времени можно задавать относительно одной из неподвижных эклиптик, произвольно выбранной.
В небесной механике Земля считается абсолютно твердым телом. Хорошо известно, что твердое тело обладает так называемым эллипсоидом инерции, который однозначно задается своими тремя полуосями. Вращение твердого тела характеризуется величиной и положением в пространстве вектора угловой скорости вращения ω. Вектор ω иногда называется мгновенной осью вращения. Полуоси эллипсоида инерции ортогональны, поэтому их можно взять в качестве ортогональной системы координат. Тогда вектор ω можно задать проекциями x, y, z на оси инерции. Моменты инерции тела относительно этих осей обозначим A, B, C соответственно. Вращение твердого тела описывается динамическими уравнениями Эйлера-Пуассона
В правой части уравнений стоят проекции на те же оси инерции вектора M, называемого моментом внешних сил относительно центра масс твердого тела. Момент M возникает, в основном, благодаря действию притяжения Луны и Солнца на эллипсоидальную фигуру Земли. Обычно Землю считают не трехосным, а двухосным эллипсоидом, то есть эллипсоидом вращения.
Положение вектора M относительно осей инерции меняется быстро и сложно, однако, используя современные теории движения Земли и Луны, его эволюцию можно вычислить с достаточной точностью для любого момента времени. Следовательно, можно решить уравнение Эйлера-Пуассона, то есть вычислить эволюцию вектора ω.
Для учета всех нерегулярностей в движении Земли пользуются "Таблицами движения Земли вокруг Солнца" известного астронома С.Ньюкомба [1295].
Исследование тех случаев (конфигураций твердого тела), когда уравнения Эйлера-Пуассона решаются точно, составляет важный раздел современной теоретической механики, физики, геометрии.
Рассмотрим вектор ω мгновенного вращения Земли. Он задает ось вращения, то есть мгновенную ось вращения. Точки ее пересечения с земной поверхностью называются мгновенными полюсами Земли, а точки пересечения с небесной сферой, то есть со сферой неподвижных звезд, называются полюсами мира -- северным и южным. Рассмотрим плоскость, ортогональную оси мгновенного вращения Земли и проходящую через центр масс Земли. Ее пересечение с земной поверхностью называется мгновенным экватором вращения Земли, а пересечение с небесной сферой -- истинным небесным экватором, или просто небесным экватором, или еще проще -- экватором.
На рис.1.1 изображена небесная сфера с центром O, северным полюсом эклиптики P и полюсом мира N. Эклиптика и экватор пересекаются в двух точках, которые называются точками весеннего и осеннего равноденствий и обозначены на рис.1.1 буквами Q и R. На рисунке иллюстрируется также измерение координат звезды относительно двух систем координат на небесной сфере -- экваториальной и эклиптикальной.
Рассмотрим теперь систему координат, не вращающуюся вместе с Землей, а связанную, например, с эклиптикой. При этом новая система координат не обязана быть ортогональной. В качестве осей такой системы координат берут обычно следующие:
1) нормаль к плоскости эклиптики;
2) ось пересечения плоскости эклиптики и плоскости экватора, то есть ось равноденствия;
3) ось инерции C.
Проекции вектора ω мгновенной угловой скорости на эти три оси обозначаются через . Таким образом, мы разложили скорость вращения Земли на три составляющие. Каков их геометрический смысл? Величина называется скоростью прецессии Земли. Под влиянием этой составляющей, ось прецессии C, -- то есть третья ось инерции, - перемещается вокруг нормали OP по круговому конусу, рис.1.2. Вслед за ней перемещается по конусу и вектор ω = ON. Отметим, что векторы ω и OC весьма близки. При расчетах, не требующих чрезвычайной точности, можно считать, что вектор ω совпадает с осью OC.
Вследствие прецессии, ось равноденствия, -- то есть прямая пересечения эклиптики и экватора, -- вращается в плоскости эклиптики. Результатом вращения является некоторое изменение угла наклона оси OC к эклиптике. Наконец, величина определяет скорость вращения Земли вокруг оси OC. В теоретической механике величина называется скоростью собственного вращения. Она существенно больше угловых скоростей и . С точки зрения теоретической механики это обстоятельство является отражениемтого, что устойчивое вращение твердого тела происходит вокруг оси, близкой к оси наибольшего момента инерции, то есть вокруг наименьшей оси эллипсоида инерции. Напомним, что Земля слегка сплюснута с полюсов.
Итак, ω= + + , где знаком "+" обозначена сумма векторов. Каждая из скоростей , , содержит одну постоянную (или почти постоянную) составляющую и сумму большого числа небольших периодических членов, называемых нутациями. Пренебрегая ими, получаем следующую картину вращения Земли.
1. Постоянная составляющая скорости называется прецессией в долготе. Она равномерно перемещает ось OC по круговому конусу со скоростью примерно 50'' в год, рис.1.2 . При этом ось равноденствия вращается по эклиптике по часовой стрелке, если смотреть со стороны северного полюса эклиптики. Вектор прецессии направлен к южному полюсу эклиптики.
2. Постоянная составляющая скорости сегодня приблизительно равна 0,5" в год.
3. Постоянная составляющая скорости -- это среднее собственное вращение Земли с периодом в одни сутки вокруг оси OC против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса Земли.
Отметим, что ось OP -- нормаль к плоскости эклиптики, вектор ω -- мгновенная угловая скорость Земли, и ось OC -- третья ось инерции, лежат в одной плоскости. Прецессия поворачивает эту плоскость вокруг оси OP.
Нутационные члены в скоростях , , искажают описанную выше картину вращения. Поэтому вектор ω движется в пространстве не по идеальному конусу, а по "волнистой" поверхности, все время находящейся около конуса. На рис.1.2 траектория, прочерчиваемая концом вектора ω, изображена волнистой линией.
Две окружности, лежащие на небесной сфере, -- эклиптика и экватор - пересекаются под углом 23o27' в двух точках Q и R, рис.1.1 . Солнце в своем годичном движении вдоль эклиптики два раза пересекает экватор в этих точках. Точка Q, в которой Солнце в своем движении переходит в северное полушарие, называется точкой весеннего равноденствия. В этот момент длительности дня и ночи совпадают в каждой точке земной поверхности. Точка R -- это точка осеннего равноденствия, рис.1.1 .
Подвижная эклиптика постепенно поворачивается. Поэтому точка весеннего равноденствия постепенно перемещается вдоль экватора, одновременно смещаясь и вдоль эклиптики. Скорость смещения точки равноденствия вдоль эклиптики и есть прецессия в долготе. Смещение точек равноденствия вызывает "предварение равноденствий", рис.1.1 .
Друзья! Кому уж не терпится ждать продолжения, то, данную книгу В.В.Калашникова, Г.В.Носовского, А.Т.ФоменкоЗВЕЗДЫ СВИДЕТЕЛЬСТВУЮТ.Астрономический анализ хронологии.
Датировка Альмагеста Птолемея. Коперник, Тихо Браге и "античный" Гиппарх , можете купить в книжных магазинах или на официальном сайте http://www.chronologia.org/ НОВАЯ ХРОНОЛОГИЯ.