ДОДАТОК 2 Прецесія, справжній рух та спосіб
Прецесія, справжній рух та спосіб
Визначення положення яскравих зірок Регула, Сіріуса та Аль-Нітак у минулому.
На відміну від фіксованих значень широти та довготи, якими картографи користуються для позначення положення об'єктів на карті Землі, астрономічні карти доводиться періодично перемальовувати через координати зірок, що постійно змінюються. Це визначається передусім ефектами прецесії, і навіть численними іншими, але дрібнішими чинниками, які ми невдовзі розглянемо, що виявляються протягом тривалих проміжків часу.
Кожна зірка змінює своє становище дуже повільно, і ця обставина у поєднанні з необхідністю виконувати складні обчислення з тригонометричними функціями та багаточленами дуже ускладнювала у докомп'ютерну епоху спроби археоастрономів визначити вік архітектурної споруди, виходячи з її орієнтації щодо помітних небесних тіл. На щастя, проте, більшість цих чинників можна врахувати під час виконання розрахунків на персональних комп'ютерах, використовуючи спеціальні астрономічні програми.
Земля обертається навколо Сонця в майже незмінній площині, відомої як екліптика, причому її вісь обертання в просторі нині нахилена до перпендикуляра, відновленого до цієї площини (тобто лінії, що з'єднує північний і південний полюси екліптики), під кутом приблизно 23,4° . Цей кут, який злегка (і досить непередбачувано) змінюється протягом тривалих проміжків часу, відомий як спосіб і є причиною змін пір року.
Як першим пояснив сер Ісаак Ньютон, явище прецесії найкраще розглядати за аналогією з дзиґом, що обертається. Сонце і Місяць надають гравітаційний вплив на екваторіальнийрозширення нашої планети, викликаючи так звану місячно-сонячну прецесію, у результаті земна вісь описує коло з радіусом майже 23,4° щодо північного полюса екліптики протягом періоду майже 26 000 років.
Результатом загальної прецесії, тобто суми місячно-сонячної та планетарної прецесій (остання є результатом гравітаційного впливу інших членів Сонячної системи), є повільне зміщення в західному напрямку весняного та осіннього рівнодень з екліптики з протилежних сторін небесної сфери приблизно на 50,3″ (дуг секунд) на рік, чи 1° кожні 71,6 років.
Траєкторія повільного обертання земної осі щодо полюсів екліптики не є ідеально круговою — скоріше хвилеподібною, оскільки є невеликими періодичними «кивками» туди й назад («нутація», власне, і означає «кивання»). Головний компонент цього руху має період 18,6 року та амплітуду, близьку до 9 дугових секунд — надто малу, щоб спостерігати неозброєним оком. Винуватцем цього є Місяць, і ефект визначається її відносною близькістю, зміною положення стосовно Сонця та відстанню.
Аберація зоряного світла
Ще одна поправка, яку доводиться вводити при оцінці положення зірки, але яка також не відчутна для неозброєного ока, пов'язана з кінцевою швидкістю світла та орбітальною швидкістю руху Землі навколо Сонця, що дорівнює приблизно 30 кілометрам на секунду. Вона зміщує положення зірки десь до 20 дугових секунд або на 1/180 градуса.
Усі зірки рухаються у космосі. Молодші зірки, які лише недавно (у космічних масштабах) народилися з газу та пилу, найчастіше рухаються у вигляді слабо пов'язаного скупчення — кластера (прикладом можуть служити Плеяди, або «Сім Сестер»)сузір'ї Тельця), поступово розходячись і змінюючи напрямок під дією зовнішніх гравітаційних впливів.
Характеристика, яку ми називали «істинним рухом», є рух зірки перпендикулярно до нашої лінії зору, і зазвичай її поділяють на дві складові: пряме сходження і скупчення. Це дві головні координати, які використовуються для вказівки становища на небесній сфері та аналогічні земним поняттям широти та довготи. Ці рухи малі у зв'язку з величезними відстанями між зірками, але їх результати накопичуються і здатні проявитися за тривалі періоди, характерні для археоастрономічних досліджень.
Найбільший відомий справжній рух спостерігається у зірки Барнарда, яка переміщається в небі зі швидкістю 10,3 дугових секунд на рік, або 1 градус за 350 років. Для найяскравішої зірки, Сіріуса, також характерний досить великий справжній рух по відмінюванню — близько 1,21 дугової секунди на рік; Сіріус перемішається і південному напрямку по відношенню до інших зірок, покриваючи відстань, зорово еквівалентну ширині Чумацького Шляху протягом кожних 1500 років або близько того.
Це явище стоїть відразу ж за довготривалою прецесією за величиною похибки, яку може внести в становище зірки, що спостерігається. Однак його легко виявити, і до того ж воно помітне лише для об'єктів, що знаходяться близько до горизонту. Спостерігаючи зірку на малій висоті, ми дивимося на неї під кутом через товстий шар атмосферного повітря, який веде себе подібно до слабкої лінзи, дещо відхиляючи промені, так що візуально об'єкт знаходиться вище, ніж насправді. Завдяки рефракції (заломленню) небесні тіла сягають раніше і заходять пізніше, ніж передбачають розрахунки. Втім, найбільше усунення зірки, що знаходиться поблизу горизонту, складає порядку0,6 °, тобто трохи більше, ніж повний Місяць.
Нинішній нахил земної осі до екліптики (23,4°) не є постійною, і протягом кількох останніх століть він поступово зменшується. Тому якщо потрібна висока точність, то для визначення способу у найближчі 500 років можна користуватися наступним емпіричним поліноміальним виразом:
Нахилення=23,452294° - 0,0130125°Т -0,00000164°Т2+ 0,000000503°Т3, де Т - число юліанських століть по 36,525 ефемеричних днів (відлік ведеться від 1900 року). Однак для більш тривалих інтервалів часу формула починає давати надмірні похибки і доводиться користуватися іншими методами. Вони здебільшого спираються на математичні моделі Сонячної системи, прикладені до системи Земля-Луна. При розрахунках способу цього методу найбільша невизначеність пов'язані з непередбачуваними динамічними змінами еліптичності Землі, які можуть статися у льодовикові періоди. Подібне математичне дослідження питання представлено Ласкаром, Жутелем і Будьоном в «Джорнел оф Астрономі енд Астрофізиці», № 270 (1993). Згідно з їхніми даними, спосіб може коливатися в межах від 22 до 24,5, хоча повної визначеності тут немає.
Розрахунок положень Регулу, Сіріуса та Аль-Нітак у минулому:
Використовуючи перераховані вище поправки, на комп'ютері Епл-Макінтош за програмоюСкаїт-Чарт-2000були розраховані для різних дат положення зірок Регул, Сіріус і Аль-Нітак, що знаходяться відповідно в сузір'ях Лева, Великого Пса та Оріона: