Жер осінің прецессиялық және нутациялық қозғалысы

Жер біртекті немесе тығыздықтары біртекті сфералық қабаттардан тұратын шар болса, онда, механика заңдарына сәйкес, Жердің айналу осінің бағыты мен айналу периоды мейлінші ұзақ уақыт аралығы ішінде тұрақты болып қалатын еді.

Бірақ Жердің пішіні дәл сфералық болмай, сфероидке жақын. Сфероид материялық дененің (L) тарту күші оның ішінде бөлініп алған шарды тарту күшінен (F) (бұл күш сфероидтің центріне түсірілген), экваторлық дөңестің (томпаюдың) L денеге ең жақын жартысына түсірілген F₁ тарту күшінен, және экваторлық дөңестің (томпаюдың) екінші, L денеден алыс жартысына түсірілген F₂ тарту күшінен қосылады (1.18 сурет).

F₁ күші F₂ күшінен көп болады, сондықтан L дененің тарту күші сфероидтің P_NP_S айналу осін сфероридтің экватор жазықтығы TL бағытымен беттесетіндей етіп бұруға тырысады. Бұл жағдайда P_NP_S айналу осі F₁ мен F₂ күштер жатқан жазықтыққа перпенидикуляр бағытта бұрылатыны механикадан белгілі.

Сфероидті Жердің экваторлық дөңестеріне Ай мен Күн жағынан айнымалы тартылыс күштер әсер етеді. Бұның нәтижесінде Жердің айналу осі кеңістікте өте күрделі қозғалыста болады.

Ең алдымен, ол эклиптика жазықтығына 66⁰34’ –қа тең көлбеу бұрышын сақтап, эклиптика осі бойымен конусты сызады (1.19 сурет). Жер осінің бұл қозғалысы прецессиялық деп аталады, оның периоды 26 000 жылға жақын. Жер осінің прецессиясы салдарынан әлем полюстері осы период ішінде эклиптика полюстері боймен радиусы 23⁰26’ –қа жақын шеңберлерді сызады. Күн мен Ай әрекетімен себептелетін прецессия ай-күн прецессиясы деп аталады.

Нутациялық тербелістер Күн мен Айдың прецессиялық күштер (F₁ мен F₂ күштер) өз мәндері мен бағытын үздіксіз өзгертіп тұратынына байланысты болады: Күн мен Ай Жер экваторының жазықтығында орналасқанда бұл күштердің моменті 0-ге тең болады, ал олар аталған жазықтықтан ең көп алшақтағанда максимал болады. Бұған байланысты Жердің айналу осі прецессиялық қозғалысқа қоса өзінің орташа орналасу маңайында ұсақ тербелістерді жасайды, бұл тербелістер Жер осінің нутациясы деп аталады.

Негізгі нутациялық тербелістің периоды 13,7 тәул., 27,6 тәул., 6 айға, 1 жылға және 18,6 жылға тең. Периоды 18.6 жылға тең тербеліс Жер осінің ең басты нутациялық тербелісі болып табылады, оның амплитудасы максимал, ~ 9’’,2 тең. Дәлірек айтсақ, бұл қозғалыс салдарынан әлем полюстері аспан сферасында үлкен остері 18’’,42 тең, ал кіші остері 13’’,72 тең эллипстерді сызады. 18,6 жыл ай түйіндерінің айналу периодына тең, яғни бұл нутациялық тербеліс ай орбитасы жазықтығының бұрылуымен себептеледі. Ұсақтау тербелістер Жер мен Ай орбиталарының эллипстігімен, Ай орбитасының эклиптикаға көлбеуімен, тағы басқа себептермен байланысты болады.

1.19 сурет – Жер осінің прецессиялық қозғалысы

Жалпы, Жер нутациясының ХАО1980 теориясы периодтары 4,7 тәуліктен 18,6 жылға дейін, ал амплитудалары доғаның ~ 9’’,2-ден 1 миллисекундіне дейін өзгеретін нутациялық қозғалыстың 106 гармоникасын ескереді.

1.20 сурет – 1983 жылдан 1998 жылға дейінгі Жер осінің нутациясы (прецессиялық қозғалыс еске алынбаған).

Нутациялық қозғалыс екі құраушыға бөлінген: - бойлықтағы (бойлық бойынша) нутация және - көлбеудегі нутация. Жер осінің прецессиясы мен нутациясы нәтижесінде әлем полюстері аспанда күрделі толқынды сызықтарды сызады (1.20 сурет).

Планеталардың тартылысы Жер осінің орналасуын өзгерту үшін әлсіз болып табылады, бірақ ол Жердің Күн бойымен қозғалысына әсер етеді: ол эклиптика жазықтығының кеңістіктегі орналасуын өзгертеді. Бұл өзгерістер планеталық прецессия деп аталады, ол көктемгі күн мен түннің теңелу нүктесін шығысқа қарай жыл сайын 0’’,114 –қа ығыстырады.